importance de la résonance d'un piézoélectrique dans la récupération d'énergie vibratoire poutre

[kummkat]

Bonsoir à tous,

J'étudie la récupération d'énergie vibratoire d'une poutre en flexion (fixe d'un côté et soumise à une excitation sinusoïdale de l'autre) par les méthodes piézoélectriques pour un projet, et je me posais une question.

Dans les différents travaux que j'ai pu trouver, les auteurs parlent toujours d'accorder la fréquence de résonance de la poutre avec celle de l'excitation, ce qui semble logique pour maximiser l'énergie récupérable. Mais personne ne parle de la fréquence de résonance du piézoélectrique. Si l'on réussissait à accorder la fréquence de résonance du piézoélectrique, de l'excitation et de la poutre, n'aurait-on pas une énergie récupérable encore plus importante ? Ou la fréquence de résonance du piézoélectrique n'influe par sur l'énergie que l'on va récupérer ?


Merci de m'avoir lu,
Bonne soirée
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[un_copain]

Salut,
Dans la majorité des montages, le piézo est collé à la poutre, et ne peut donc pas vibrer librement. (ou alors il vibre sur des modes totalement différents de ceux de la poutre, donc des fréquences de résonances séparées de plusieurs ordres de grandeurs)
Donc dans la pratique, ce n'est pas réalisable.

Et dans un cas plus général, disons que si tu désires récupérer l'énergie de la poutre, avec ton piezo, il faut donc que les oscillations de la poutre forcent sur ton piezo pour lui transmettre de l'énergie. Il faut que le mouvement de la poutre déforment le piézo pour que celui ci génère une tension.
Si les 2 corps oscillent naturellement à la même fréquence de résonance, la poutre ne va jamais forcer le piezo à se déformer (car ce dernier suit les mêmes mouvements), aucune énergie ne sera transmise de l'un vers l'autre. Au final, tu ne verrais que les oscillations du piezos, en étant aveugle aux oscillations de la poutre.
Donc au final, il est même nécessaire que le piezo s'oppose aux mouvements de la poutre, afin de récupérer un max d'énergie.

EDIT : un peu de lecture si jamais : https://hal.science/hal-01245174/document

[kummkat]

Bonsoir, merci pour votre réponse, cela me semble plus clair maintenant.

J'aurais juste une dernière question vis à vis de la position du capteur sur la poutre. J'ai vu que dans certaines applications de récupération d'énergie, le piézoélectrique était placé proche de la zone d'encastrement. Cela me semblait étrange, car si la poutre vibre dans son premier mode de vibration par exemple, le ventre de vibration se situe au milieu de la poutre. Je me disais que c'était plutôt vers ces zones là qu'on récupérait le plus d'énergie.

Bonne soirée

[gts2]

Bonjour,

Le piezo étant lié à la poutre, n'est pas sensible à la position de la poutre, mais à sa déformation.

[A voir en vidéo sur Futura]

[harmoniciste]

J'étudie la récupération d'énergie vibratoire d'une poutre en flexion (fixe d'un côté et soumise à une excitation sinusoïdale de l'autre) par les méthodes piézoélectriques pour un projet

Bonjour,
Un capteur de déformation piezzo ne fournit qu'un signal de puissance très faible. La puissance mise en jeu dans la vibration d'une poutre étant à priori beaucoup plus élevée (*) , je ne vois pas comment ledit capteur pourrait récupérer une part sensible de l’énergie vibratoire de la poutre.
(*) p = f*v = 1/2 F_max * Vitesse _max = F_max ω*Amplitude _max

[kummkat]

Bonjour, le rendement est relativement faible, mais ce genre de dispositif est utilisé dans la conversion d'énergie de vibration du son en électricité par exemple.

[kummkat]

Le piézoélectrique est lié à la poutre, je suis d'accord dans le fait que la déformation n'est pas nécessairement liée à la position du capteur sur la poutre.
Mais le capteur possède une masse, il subit donc une force d'entraînement liée à son inertie, qui est intense quand son accélération l'est il me semble, donc une tension apparait à ses bornes en raison de cette force.
Dites moi si je me trompe

[gts2]

Mais le capteur possède une masse, il subit donc une force d'entraînement liée à son inertie, qui est intense quand son accélération l'est il me semble, donc une tension apparait à ses bornes en raison de cette force.

Il existe des accéléromètre à piezzo, mais ce ne sont pas des piezo seul, c'est "le reste" qui permet de déformer le piezzo et de mesurer l'accélération.
Un piezzo génère une tension lorsqu'il est déformé, et un piezzo placé à l'extrémité d'une poutre ne sera pas déformé.

[harmoniciste]

...ce genre de dispositif est utilisé dans la conversion d'énergie de vibration du son en électricité par exemple.

Le but de cette conversion n'est pas de produire de l'énergie mais seulement de fournir un signal qui devra être amplifié, précisément parce que cette énergie est infime.

[harmoniciste]

A ma connaissance les seuls "piezzo" dont la fonction est de produire une énergie (modeste) sont les allume-gaz à main: La compression manuelle du cristal via un levier libère une énergie électrique suffisante, au moment du claquage, pour enflammer le gaz.

[kummkat]

Bonsoir, merci pour ta réponse gts2.
La zone ou la déformation est la plus importante sur la poutre encastrée serait donc à chercher proche de l'encastrement, c'est ça ?

[gts2]

C'est bien cela.

[kummkat]

Bonsoir, je te remercie d'avoir répondu à toutes mes questions.
Si cela n'est pas trop abusif, j'en aurais une dernière. Cette déformation dont tu parles, peut on la définir physiquement ? Quand on parle de déformation d'une poutre, à ce que j'ai pu trouver sur internet, on entend le déplacement par rapport à l'axe de la poutre au repos. Or je suppose qu'ici ce n'est pas ça, car ce déplacement est maximal au niveau de l'extrémité libre, et ce n'est pas ou l'on récupère le plus d'énergie si j'ai compris.

Bonne soirée

[gts2]

La définition de base d'une déformation est la variation de longueur d'un segment à la suite d'une transformation, c'est une définition locale.
La déformation d'une poutre est vue de manière globale, en considérant de plus une section de la poutre comme un tout, il y a donc deux sens à déformation.

Soit y(x) la déformation (globale) de la poutre, cela donne une inclinaison dy/dx, et une variation d'inclinaison d2y/dx2
Supposons que votre capteur collé à la poutre soit sensible à la flexion, il va être sensible à l'écart angulaire entre les deux extrémités, donc à la variation d'inclinaison, donc à d2y/dx2
Deuxième possibilité, qui correspond davantage à la définition primitive de la déformation, supposons que votre capteur collé à la poutre soit sensible à la longueur, dans ce cas il voit prendre en compte l'épaisseur de la poutre, quand on fléchit une poutre la face supérieure voit sa longueur s'allonger et la face inférieure raccourcir proportionnellement là encore à d2y/dx2.

[harmoniciste]

ce déplacement est maximal au niveau de l'extrémité libre, et ce n'est pas ou l'on récupère le plus d'énergie si j'ai compris.

Bonjour,
Pourquoi s'obstiner à parler de récupération d'énergie par le piezzo? Il délivre simplement une tension liée à son élongation (ou à son écrasement). Laquelle élongation correspond à l'élongation locale de la poutre quand il y est solidement collé. (Une tension n'est pas une énergie)

En outre, comprenez que si le bout libre de la poutre se déplace beaucoup, c'est n'est pas là qu'elle se plie.

[kummkat]

Bonjour, merci beaucoup pour tes réponses, je comprends mieux à présent.

[kummkat]

Bonjour,
Je parlais d'énergie comme on en parle concernant les dalles piézoélectriques. Je suis d'accord le piézoélectrique ne fournit qu'une tension, mais elle permet d'alimenter des dipôles par exemple (dans le circuit placé en aval du piézoélectrique).