Récupération d’énergie mécanique par les matériaux piézoélectriques : état de l’art et perspectives

Les micro-sources d'énergie pour l’électronique sans fil sont un domaine de recherche stratégique car lié au développement des capteurs autonomes, dont le champ d'applications est immense dans le domaine industriel (suivi des machines, des véhicules ou des infrastructures), médical (suivi de la santé des personnes, implants), militaire (fantassin du futur) ou grand public (maison intelligente). Entre les différentes énergies « gratuites » (solaire, thermique ou mécanique, celle-ci provenant de vibrations ou de pressions) dans l’environnement humain ou industriel, le choix n’est pas simple pour concevoir une micro-source miniature et efficace. Les matériaux piézoélectriques, capables de réaliser la conversion directe de l’énergie mécanique en énergie électrique, font l’objet d’une recherche intense pour la récupération d’énergie depuis la fin des années 1990. La diversité des procédés de fabrication permettant leur miniaturisation se traduit par une large offre de prototypes (à base de céramiques massives amincies, de couches épaisses, de couches minces, ou de composites polymère-nanostructures) dont il n’est pas aisé de comparer les performances.

Après un rapide état de l’art sur les générateurs piézoélectriques, je présenterai deux technologies complémentaires, les poutres vibrantes munies de films épais en piézocéramique, et les composites souples à nanofils piézo-semiconducteurs. En particulier, je montrerai les résultats obtenus au GREMAN sur la fabrication, la modélisation et la caractérisation de ces dispositifs.