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Olympiades de physique France 2013
Grossir : un chemin
pour la durabilité Étude de l’effet piézoélectrique
Par :
ALMEIDA Susana
GOLDIN Ariel
SANTOSCOY Mauricio
Elèves de terminale scientifique au Lycée Franco-Mexicain
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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Sommaire
1. Introduction ............................................................................................ p 2
2. Résumé ................................................................................................... p 3
3. C’est quoi la piézoélectricité ? ............................................................... p 3
Aspect chimique
Aspect physique
4. Matériaux piézoélectriques .................................................................... p 6
5. Applications ........................................................................................... p 7
Effet direct
Effet indirect
6. Production d’énergie ............................................................................. p 8
À petite échelle
À grande échelle
7. Notre projet ............................................................................................ p 11
Objectifs
Contraintes et solutions
À la recherche de solutions techniques
Produit final
8. Vers la durabilité ? ................................................................................. p 17
9. Conclusion ............................................................................................. p 19
1. Introduction
Dés le début des cours en SI nous avons cherché un projet dans le cadre du
développement durable. L’énergie solaire, éolienne et même hydraulique sont déjà très
fréquentes et bien étudiées. Nous avons alors pensé à toute l’énergie qui est gaspillée
chaque jour avec nos mouvements. Nous nous sommes demandé s’il existait une
manière de récupérer cette énergie et de la transformer en électricité. Après plusieurs
recherches, nous avons finalement trouvé un phénomène qui pourrait être utilisé pour
réaliser ce que nous souhaitions : la piézoélectricité.
L’objectif de notre TPE, maintenant transformé en projet pour les Olympiades de
Physique vise à construire une plateforme suffisamment performante pour produire
l’électricité nécessaire pour allumer une série de LEDs en autonomie.
Vu les caractéristiques si particulières de la piézoelectrcité, la question de la durabilité
s’est posée.
La piézoélectricité peut-elle entrer dans le cadre d’un développement durable ?
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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2. Résumé
L’objectif du projet est de mettre en œuvre des méthodes expérimentales dans le but
de modéliser une production d’énergie par l’effet piézoélectrique et ainsi être
capable d’analyser si cette source d’électricité peut entrer dans le cadre du
développement durable.
a) Étude de l’effet piézoélectrique, du principe physique-chimique, recherche de
matériaux possédant cette propriété.
b) Modélisation de mini-plateforme avec des matériaux piézoélectriques, de
systèmes utiles à la mesure de l’électricité produite et de la relation
poids/énergie.
c) Fabrication de deux plateformes piézoélectriques : une avec des buzzers et
l’autre avec des plaques piézoélectriques. Comparaison des données obtenues.
d) Inclure la piézoélectricité dans le cadre du développement durable.
3. Définition
La piézoélectricité (du grec « piézein » presser, appuyer) est la propriété possédée par
certains corps qui se polarisent électriquement sous l’action d’une contrainte
mécanique. Inversement, ces corps peuvent se déformer sous l’action d’un champ
électrique. Ce phénomène a été découvert au XIXème siècle par les frères Pierre et
Jacques Curie
Effet piézoélectrique direct
Effet piézoélectrique inverse
contrainte mécanique Elément
piézoélectrique
tension électrique
contrainte mécanique Elément
piézoélectrique
tension électrique
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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L’effet piézoélectrique : aspect chimique
De nombreux cristaux composés de cations (ions de charge positive) et d’anions (ions
de charge négative) génèrent un courant électrique lorsqu’ils sont soumis à une
contrainte mécanique, telle qu’une pression.
Grâce à cette contrainte mécanique la structure ionique stable des cristaux est déformée,
modifiant la disposition des ions. Le nuage électronique se voit donc déformé et deux
parties se forment dans les cristaux ; l’une avec majorité de charges négatives, et l’autre
avec plus de charges positives. Une différence de potentiel électrique se forme, soit une
tension.
La propriété qui permet à certains cristaux de produire un courant électrique est leur
structure pérovskite :
En prenant l’exemple de la structure du
titanate du plomb (matériel qu’on veut
utiliser) les anions oxygène forment les
sommets des octaèdres tandis que les cations
Pb2+
et Ti4+
occupent respectivement leur
centre et les sites entre les octaèdres
La pression stimule un déplacement du cation
central Ti4+
ce qui provoque une répartition
irrégulière des charges, c'est-à-dire que dans
une partie du cristal il y a plus de cation que
d’anions et une déformation du nuage
électronique.
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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En résumé, c’est cette déformation qui crée un courant électrique avec deux pôles qui se
mettent en place : le pôle positif, la partie chargée partiellement à cause des cations ; et
le pôle négatif, l’autre partie qui possède une majorité d’anions.
L’effet piézoélectrique : aspect physique
Becquerel a montré qu’il existe une relation entre la pression exercée sur le cristal et la
tension produite.
La tension et la pression exercée sont liées par la relation:
U = S * P
o U : tension en Volts
o P : la pression exercé sur le cristal en Pascals
o S : constante de sensibilité
Or, la constante de sensibilité dépend de deux choses : la constante piézoélectrique et la
largeur du cristal. On a :
S = k * h
o k : constante piézoélectrique
o h : la largeur du cristal en m
Donc on peut dire que U= k*h*P
La constante piézoélectrique change avec le matériau
utilisé. Cette constante est obtenue à partir
d’expériences rigoureuses dans les laboratoires. Dans
le tableau ci-contre sont présentées les constantes
piézoélectriques des matériaux les plus utilisés.
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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4. Matériaux piézoélectriques
Rapidement après la découverte de la piézoélectricité, plusieurs matériaux ayant cette
caractéristique ont été trouvés. Néanmoins des nouveaux matériaux continuent à
apparaître, toujours avec des meilleures caractéristiques et performances. Maintenant
les matériaux, leurs présentations, leurs tailles, peuvent s’adapter à leurs applications
pratiques et non l’inverse comme on le faisait il y a quelques années. C’est pour cela
que les innovations dans le domaine de la piézoélectricité sont à l’ordre du jour.
Les matériaux piézoélectriques peuvent être soit des cristaux ou matières minérales
naturelles, soit des créations de l’homme.
Cristaux naturels
Berlinite.
Quartz
Topaze.
D’autres matériaux
L’os
L’émail dentaire.
Ceramiques et cristaux fabriquées par l’homme
Phosphate de gallium,
Titanate de barium.
Sodium tungstane.
Lithium niobate.
Titanate zirconate de plomb nommé PZT par ses sigles en anglais. Ses
propriétés piézoélectriques sont efficaces pour fabriquer des outils de
type capteurs ou actionneurs. Les plaques piézoélectriques que l’on a
acheté aux État-Unis sont en PZT.
Plaques piézoélectriques Film piézoélectrique
Présentation gel
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Ceramiques sans plomb fabriquées par l’homme
Sodium potassium niobate.
Ferrite de bismuth.
Titanate de bismuth.
Polymères (Substance composée de macromolécules) Polyvinylide fluoride
Polyvinylide de flouride en boules de gel
La performance des différents matériaux est différente, leur prix et accessibilité sont
tout à fait inégaux. La plupart des matériaux sont encore très rares, et par conséquence,
trop chers. Il n’y que quelques entreprises qui les fabriquent et distribuent. La
piézoélectricité reste encore un domaine qui se renouvelle chaque jour mais qui manque
de recherche et d’investissement au Mexique. C’est pour cela que dans notre pays
presque tous les matériaux piézoélectriques artificiels peuvent être considérés comme
inexistants.
5. Applications :
L’effet direct : Les capteurs
La première application industrielle et la plus présente de nos jours des piézo-
électriques est pour des capteurs, ils sont appelés transducteurs piézo-électriques. Grâce
à la capacité des piézoélectriques de créer une tension dès qu’une force leur est
appliquée, ils sont utilisés pour une grande variété de capteurs :
• Accéléromètres : Un cylindre avec une bille et un capteur piézoélectrique sur
chaque base permet de détecter le mouvement et la vitesse sur un axe. Plusieurs
accéléromètres sont placés dans les systèmes pour pouvoir capter le mouvement sur
tous les axes comme dans la manette de la console de jeux vidéo Wii ou dans quelques
systèmes de sécurité routière.
• Capteurs de vibration : des capteurs piézoélectriques sont utilisées pour capter
les vibrations qui sont aussi une action mécanique comme sur des systèmes anti
cambriolage des voitures et le phonographe.
• Capteurs de vibrations sonores : la première application, comme beaucoup de
systèmes innovants, a été développé par l’armée. Un système qui capte des vibrations
ultrasonores créés par lui même, grâce à une plaque de quartz, peut faire une image d’un
environnement invisible ou lointain (en calculant le temps d’aller-retour de l’onde émise
puis réfléchie) :c’est le premier sonar. De plus, ces capteurs sont utilisés pour des
microphones.
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• Capteurs d’impact : Des transducteurs sont placées dans des systèmes où l’on
veut calculer la force appliquée et le moment de son application comme dans des
batteries (instrument de musique) électriques ou des capteurs de proximité comme dans
le métro japonais ou les escaliers électriques qui s’actionnent uniquement quand les
matériaux envoient un signal de présence d’un utilisateur.
6. Applications : production d’énergie
Actuellement les piézoélectriques ne sont presque pas utilisés pour la production
d’électricité.
À petite échelle.
Le briquet piézoélectrique
Le briquet piézoélectrique est un exemple de création
d’un arc. En appuyant sur le bouton, l’élément
piézoélectrique reçoit une pression.
Implants expérimentaux utilisant la piézoélectricité
Ces implants peuvent être placés dans de nombreux endroits
du corps où il y a un mouvement constant. Le mouvement respiratoire
est le cas le plus clair, mais il y a beaucoup d'autres. Le cas le plus
connu pour l’utilisation de cet implant est celui du pacemaker
Un pacemaker à base de matériaux piézoélectrique
Un t-shirt pour recharger le portable
La compagnie téléphonique Orange profite chaque
année du festival de musique de Glastonbury pour lancer un
produit innovant permettant de recharger son téléphone
portable.
Ce t-shirt nommé "Sound Charge" est équipé d'un dispositif
piézoélectrique permettant de recharger son téléphone
portable à partir du son émis lors du festival.
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Produire de l’énergie en marchant
Il existe aussi des chaussures pour produire de l'énergie en marchant. Un élément
piézoélectrique est introduit dans les semelles d’une paire de chaussures. L’armée
américaine a déjà utilisé ce système pour recharger tous les appareils électriques tels
que les walkies-talkies, radios, GPS, etc. Afin de rendre les soldats électriquement
indépendants.
Pour rendre le trajet lumineux et clair quand il fait noir, il existe des chaussures
de course équipées de polymères électroluminescents alimentés par des générateurs
piézoélectriques. Conçus par le designer industriel mexicain Alberto Villarreal, ces
chaussures aident les sportifs à éclairer leurs chemins sans avoir à transporter quoi que
ce soit.
À grande échelle
Même si cette source d’énergie n’est pas encore massivement exploitée à grande
échelle, il existe des endroits où l’on commence à utiliser.
Parking piézoélectrique
Dans la ville de Gloucester, en Angleterre, un parking de grande surface
commerciale a été équipé de matériaux piézoélectriques. Cette installation permet de
récupérer de l'énergie à chaque passage de véhicule et, ainsi, d'alimenter les caisses de
paiement du supermarché.
Métro piézoélectrique à Tokyo
De même, dans le métro de Tokyo, on a
équipé le sol des stations de plaques
piézoélectriques qui produisent de l'énergie au
passage des centaines de passagers descendant des
wagons.
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Une autoroute électriquement autonome
Une recherche en Israël consiste à placer des
matériaux piézoélectriques sous la surface de la route
pour que l'énergie mécanique des voitures puisse être
capturée et transformée en électricité. Les routes
deviennent donc des sources de production d'énergie.
Route principale d’Israël qui va du Nord au Sud du pays.
Piste de danse autosuffisante
À Amsterdam, Rotterdam, Londres et bientôt
New York, des boîtes de nuit ont inauguré
des pistes de danse qui transforment en
électricité les sautillements des danseurs. Ils
alimentent ainsi une partie des spots et
espèrent réduire de 30 %, voire de 60 %, leur
facture d'électricité. Le sol est légèrement
mobile, sur ressorts, et les vibrations sont
converties en électricité grâce à des
matériaux piézoélectriques
L’effet inverse
Les générateurs de vibrations
Une autre application importante dans l’industrie est celle de l’effet piézoélectrique
inverse, grâce à la capacité de vibrer des matériaux piézoélectriques lorsqu’un courant
leurs est appliqué.
• Générateurs de son audible : Des transducteurs piézoélectriques sont utilisées
aussi pour produire du son, ils sont utilises dans des écouteurs normaux ou flexibles, des
buzzers, même dans des systèmes qui ne peuvent être écoutés que quand on les mord.
• Générateurs de ultra sons : Utilisées dans des appareils chirurgicaux.
• Horloges : Dans les montres, les chronomètres, un cristal de quartz vibre
toujours à la même fréquence et cette vibration est mesurée et permet d’indiquer le
temps écoulé.
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7. Notre projet
Objectifs
Quand nous avons finalement découvert la piézoélectricité et toutes les façons de créer
de l’énergie durable, ce thème commença à nous intéresser beaucoup. Cependant, il
fallut encore du temps pour arriver à notre projet final.
Tout d’abord, nous avons voulu reproduire le projet de la compagnie Orange qui a été
présenté au festival de rock de Glastonbury sur le T-shirt portant un film piézoélectrique
qui convertit les ondes sonores en électricité.
Nous avons aussi eu l’idée de mettre des éléments piézoélectriques dans la semelle de
nos chaussures afin de créer de l’électricité avec la force produite par les pas et pouvoir
charger un portable.
Nous n’avons pas pu réaliser aucun de ces deux projets puisque c’était très compliqué à
faire et que les matériaux qu’on voulait utiliser ne se trouvent qu’aux États-Unis et ils
étaient donc très chers.
C’est alors que nous avons eu l’idée de travailler notre projet sur une plateforme
appuyée sur des matériaux piézoélectriques.
Contraintes et solutions
Dans n’importe quel projet des complications se présentent : le choix du sujet, les tâches
de chaque membre, jusqu’à l’adaptation et relation de l’équipe. Pour notre projet qui a
commencé comme TPE, il y a eu beaucoup de difficultés tout au long de l’année de
Première.
Du fait que tous les membres de l’équipe n’étaient pas complètement convaincus par le
thème choisi. Nous avons consacré des sessions complètes à faire des recherches et voir
si notre projet était faisable.
La recherche nous a aidés, de même, à bien comprendre ce thème si peu étudié au
Mexique. À la fin de notre recherche, nous avons conclu que nous avions dans nos
mains un sujet très complexe, très nouveau, avec peu d’information sur internet ou dans
les magazines, et qui représentait un défi et des efforts additionnels si nous voulions
l’étudier.
Finalement, une fois l’équipe décidée à travailler le TPE sur la piézoélectricité, le projet
a marché beaucoup plus vite et mieux. Il a si bien marché, que nous avons décidé de le
continuer pour les olympiades de physique.
Sans doute, ce qui a posé le plus de problèmes a été la recherche des matériaux
piézoélectriques. Comme mentionné, ils sont presque inexistants au Mexique et il fallait
les chercher en dehors du pays.
Les États-Unis étaient la meilleure option du fait de la proximité avec le Mexique. Seul
4 entreprises commercialisent leurs produits à travers l’internet. C’était un peu effrayant
de rentrer dans les sites internet des entreprises où sur la page d’accueil il y avait un
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char de combat et à côté une plaque piézoélectrique. Ce sont des entreprises très
sérieuses qui peut être n’auraient pas fait attention à un groupe d’élèves de lycée.
On a trouvé dans deux entreprises exactement ce qu’on cherchait. Piezo ceramics, avec
les prix plus accessibles et du matériel prêt à brancher simplement. Néanmoins, on l’a
trouvé un peu tard et le lycée a pensé que cela allait être très difficile d’apporter le
matériel depuis le Massachusetts où se trouve l’entreprise. Pour le TPE donc, nous
n’avons pas réussi à les acheter. Pourtant, cette fois-ci, vu qu’on participe aux
Olympiades de Physique, le Lycée a accepté d’acheter le produit. Malheureusement il
est resté à New York et il n’a pas encore pu arriver au Mexique à cause de l’ouragan
Sandy.
Néanmoins, pendant le TPE, la décision était prise et au lieu de se lamenter il fallait
chercher une autre solution. On aurait pu juste présenter l’effet piézoélectrique, mais
nous voulions présenter un travail additionnel à la recherche, nous pensions faire notre
plateforme.
D’après des longues recherches on a trouvé que les seuls matériaux accessibles, prêts à
utiliser au Mexique étaient les buzzers. Finalement, on a travaillé avec ce matériel très
bon marché mais qui a fonctionné correctement pour la plateforme que nous prétendions
de construire.
La première petite plateforme que nous avons construite a fonctionné très bien et nous
l’avons utilisé pour la Fête des Sciences. Même si elle était très petite et n’allumait que
trois LEDs, les élèves se sont montrés beaucoup plus intéressés après avoir vu que ce
que nous venions de leur expliquer n’était pas seulement une théorie, et que c’était
faisable même avec des matériaux très bon marché.
La Fête des Sciences nous a aidés énormément. D’abord, nous avons fait connaître notre
TPE et nous avons introduit nos camarades dans le monde de la piézoélectricité. Aussi,
grâce à l’énorme publicité que nous avons faite dans le Lycée, nous avons pu présenter
le phénomène piézoélectrique à plus de dix classes, ce qui nous a servi pour préparer
notre présentation orale. Nous avons fait des corrections, nous avons déterminé la partie
de chacun et le plus important est que nous avons gagné de la confiance, nous nous
sommes entraînés avec les questions des élèves et des professeurs qui ont créé de
nouveaux doutes et qui nous ont obligés à nous interroger et à essayer d’aller plus loin.
Vu le succès de notre projet, on voulait aller plus au-delà de notre petit lycée et c’est
pour cela que nous nous sommes inscrits aux Olympiades. La piézoélectricité, est un
sujet exceptionnel, innovant et qui pose encore beaucoup de questions à résoudre.
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Expériences
Chercher des matériaux piézoélectriques convenables pour une production considérable
d’énergie était notre principal objectif. Les buzzers viennent résoudre nos conflits, mais
aussi à créer d’autres soucis.
Un buzzer est un élément piézoélectrique qui produit un son caractéristique quand on lui
applique une tension. Après quelque temps de recherche nous avons trouvé qu’en
appliquant une pression sur lui, il pourrait produire une tension capable d’allumer une
LED grâce à la propriété des matériaux piézoélectriques déjà expliquée.
Nous avons donc fait l’expérience en connectant une LED à un buzzer avec deux câbles
soudés à celui-ci. En effet on arrive à allumer jusqu’à trois LEDs quand nous frappons
sur le buzzer. Ce résultat dure moins d’une seconde puisque l’effet piézoélectrique n’est
pas constant, mais cette première expérimentation démontre bien la création d’un
courant électrique grâce à une pression exercé.
Ensuite nous nous sommes confrontés à la difficulté de souder des câbles aux buzzers
pour continuer à expérimenter. La fragilité de ce matériel empêcher un processus de
soudure pratique et facile. Si le matériel s’échauffe, souder devient impossible, il faut
attendre qu’il refroidisse.
Après avoir vu que l’énergie produite par un
buzzer peut allumer une LED nous avons voulu
faire plus d’expériences pour trouver les solutions
techniques pour rendre notre produit le plus
efficace possible. Nous avons commencé à faire
des tests avec les buzzers pour voir quel type de
contact, quel support et où ils arrivaient à produire
plus d’énergie en mesurant la tension avec un
oscilloscope et en tapant avec le doigt. Nous avons
conclu que nous ne pouvons pas appliquer
toujours la même énergie et que nos résultats
étaient affectés par cela.
C’est pour cela que nous avions adapté un moteur
excentrique pour faire une machine qui grâce à un moteur applique toujours la même
énergie sur le buzzer emprisonné entre deux plaques en aluminium.
Nous avons poussé cette étude et nous avons crée une plateforme
avec 9 buzzers branchés en parallèle. Avec ce système nous sommes
arrivé à allumer jusqu’à cinq LED seulement avec un coup de main.
Le problème a été à nouveau la soudure, au bout de nos
présentations 3 des 9 buzzers étaient dessoudés.
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À la recherche de solutions techniques
Grâce à un oscilloscope et aux deux systèmes que nous avons fait, nous avons pris
plusieurs mesures pour arriver à rendre notre système le plus performant possible.
Nous avons observé que:
-L’énergie appliquée au centre et sur la face
avant produit le plus de tension.
-Avec le moteur excentrique et les chutes de
bille, la production avec et sans mousse est la
plus efficace et assez semblable.
-Quand on applique une pression avec le doigt,
le buzzer avec la carcasse est le plus efficace.
-Au cours de nos mesures nous avons
complètement cassé la couche de titanate du
buzzer avec carcasse et du buzzer sur un
matériel solide.
Analyse de point d'application
Expérience En volts
Au centre
Excentré Derrière
Excentrique
17 9 2 20,1 14,4 1,2 24,2 21,2 1,4 17,6 15,2 0,8 19,2 12,8 1 20,2 12 1
Chute d'une bille de 32.2g à
28cm
9,6 11,2 8,2 13,8 7,6 7,6 18 5,4 6,8 12,4 8 8 12 8,6 9,2 13,2 6,5 7
Analyse du support
Expérience En volts
Sur un objet solide
Sur mousse
Avec la carcasse
Excentrique
17 16,4 9,6
20,1 13,6 11,6
24,2 25,4 9,2
17,6 16,4 9,8
19,2 25,4 11,4
20,2 24 8,4
Chute d'une bille de 32.2g à 28cm
14,6 14,2 11,4
13,8 13,4 7,8
18 17,2 9,2
12,4 9,2 8,4
13 21 15
13,2 25,4 8,8
Pression progressive avec le doigt
7,4 8 22,3
7,2 7,4 25,4
7,6 6,2 16,6
7,6 7,4 11,4
7,4 7,8 11,2
7,6 8 9,4
7,1 8,4 3
Tableau conclusion
Expériences
En Volts Excentrique Chute
Avec le
doigt
Sur objet
solide 19 15 7
Sur mousse 20 16 7,6
Avec la
carcasse 10 10 14
Au centre 19 13
Excentrée 14 7
Derrière 4 7
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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Nous savons que :
-Les matériaux piézoélectriques produisent une énergie proportionnelle à la pression
(force/aire) et à la déformation.
Alors nous avons conclu que :
La différence de production avec et sans mousse n’est pas considérable.
Quand la pression est exercée avec le doigt, qui est l’effort le plus semblable à un pas,
le buzzer avec carcasse est le plus efficace.
L’énergie doit être appliquée au centre avec un contact le plus petit possible (si on
diminue l’aire on augmente la pression).
Il faut considérer que pour protéger le matériel piézoélectrique, la mousse doit être
utilisée.
Par ailleurs, lors d’un choc, la tension produite par le capteur piézoélectrique est
positive puis négative. Afin de récupérer le maximum d’énergie, nous avons réalisé les
systèmes suivants.
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Produit final : Analyse fonctionnelle
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Avec les nouveaux matériaux achetés aux États-Unis, nous ferons aussi une plateforme
qui aura une production d’électricité beaucoup plus élevée.
8. Vers la durabilité ?
On peut parler d’un produit appuyant le développement durable seulement
s’il respecte les trois aspects de ce développement : l’écologique,
l’économique et le social. Avant on parlait d’un développement
écologique mais on a appris que ce développement doit être aussi
viable, équitable et vivable. Depuis 1965, qu’on parle de
développement durable.
On a appliqué ces trois concepts à notre projet pour considérer si
notre produit est en accord avec le développement durable.
Écologique
Atouts
Ce projet vise à réduire l’utilisation des usines nucléaires pour produire
de l’énergie électrique. En France, 76,2% de l’énergie électrique produite
vient d’une centrale nucléaire. Avec notre système, nous pourrions
réduire ce pourcentage en l’utilisant pour l’éclairage dans certaines rues,
dans certaines pistes de danse, ou même dans le métro.
On peut réduire l’émission des gaz à effet de serre avec les mêmes
applications. En 2007 la France a émis 369 millions de tons de CO2
(principal gaz à effet de serre).
Les matériaux piézoélectriques proposent une réduction de l’énergie
fossile consommée mais aussi une diminution de l’énergie consommée
ce qui générera une augmentation de la durée de vie des systèmes car les
piézoélectriques peuvent mettre sous tension les systèmes qu’ils
alimentent uniquement quand l’utilisateur est présent.
C’est une des seules « énergie propre » qui n’a pas un effet secondaire
négative à cause de la consommation d’énergie. L’énergie que ce type de
systèmes consomme ne sert à rien, au contraire de l’énergie éolienne
solaire ou géothermique.
De plus l’impact écologique dû à l’utilisation de ces systèmes est nul ou
presque nul au contraire des centrales hydrauliques qui altèrent
complètement l’écosystème en causant des inondations et des variations
climatiques.
Il n’y a pas les inconvénients de l’énergie solaire qui ne fonctionne que
pendant le jour. Avec le système piézoélectrique nous pouvons avoir de
l’énergie électrique à n’importe quelle heure.
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Désavantages
La production d’énergie aujourd’hui avec les systèmes piézoélectriques
est très faible. On ne peut que parler d’une réduction et pas d’une
substitution dans la production d’énergie électrique parce que les
systèmes fonctionnent lorsqu’il y a une action mécanique qui les
déforme. Il n’est pas une production d’énergie constante.
On retrouve beaucoup des matériaux piézoélectriques dans le monde,
mais les matériaux piézoélectriques performants sont moins nombreux.
Et le plus grand problème c’est que la plupart d’entre eux ont du plomb.
L’utilisation du plomb rend toxique le matériau et le contact du plomb
avec des êtres vivant est nocif.
Pour pouvoir vraiment utiliser les piézoélectriques on a besoin, à cause
du caractère discontinu de la production énergétique des
piézoélectriques, d’une batterie pour gérer et homogénéiser le courant. Et
de nos jours la majorité des piles ne sont pas performantes et très
polluantes, et celles qui ne possèdent pas ses caractères sont très chères
et rares comme les supra condensateurs.
Social
Cette source d’énergie rentre aussi dans le cadre social puisque la présence et la
participation des êtres humains pour créer de l’énergie grâce à la piézoélectricité sont
impératives.
Ceci a aussi un avantage social puisque de nouveaux métiers pourraient être crées. Des
métiers de main d’œuvre et surtout de recherche.
Économique
Les Avantages
On ne sera plus obligé d’acheter des piles pour certains appareils.
A long terme, quand le pétrole sera plus cher, la piézoélectricité sera une
des formes les moins couteuses de produire de l’électricité.
On n’a pas besoin de mensuellement ce type d’électricité.
C’est un moyen de gagner de l’argent avec l’énergie que l’on dépense en
se déplaçant et en faisant des activités quotidiennes.
Les Désavantages
Les matériaux piézoélectriques qui servent pour récupérer une grande quantité
d’énergie sont chers.
La recherche des nouveaux matériaux a un cout très élevé.
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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Très peux d’entreprises fabriquent ce type de matériels donc elles peuvent le
vendre très chers et en plus on doit payer les frais d’importation.
Des accumulateurs qui peuvent stocker une telle grande quantité d’énergie
comme celle de la boite de nuit Watts sont très difficiles à trouver et sont très
chers aussi.
9. Conclusion
On ne peut donc pas complètement dire que ce type d’énergie appartient au
développement durable puisqu’il ne remplit pas complètement les demandes sociales,
écologiques et économiques. Les produits piézoélectriques sont encore rares au
Mexique, la plupart de ces produits sont polluants et peu accessibles.
Certes, la piézoélectricité actuellement a encore plusieurs désavantages qui limitent son
développement, pourtant notre projet nous a donné des espoirs car c’est un projet avec
un budget faible et à petite échelle. Imaginons si on dimensionne ce qu’on a fait à une
plus grande échelle : cette énergie pourrait véritablement devenir durable. Quand le
pétrole deviendra trop cher et que l’ère de la microconsommation arrivera, l’électricité
produite avec la piézoélectricité deviendra beaucoup plus viable. Même si elle ne peut
faire marcher une entreprise ou une ville à elle seule, elle pourrait représenter, sans
doute, une réduction énorme dans la consommation d’énergie. En effet on pourrait
profiter de l’énergie produite par nous même, le gaspillage énergétique sera diminué.
Quant à la production, on ne peut pas faire de conclusions intéressantes vu que la
plateforme que l’on a développée n’utilisait que des buzzers, un matériel très peu
puissant qui n’est pas fait pour produire de l’électricité. Mais en moins d’un mois nous
allons pouvoir réaliser une plateforme avec des plaques piézoélectriques spécialisés qui
nous permettra de répondre à notre problématique de manière plus juste.
Remerciements
Nous tenons à remercier M. Mazière professeur d’électronique et M. Hubert professeur
de génie mécanique ainsi que nos camarades du projet initial Miguel, Erick, Diego et
Isabel sans qui ce projet n’aurait pas pu être réalisé.
Nous adressons aussi nos remerciements à M. Guerret, chef des travaux, pour avoir cru
en notre projet et nous avoir aidé autant qu’il le pouvait et à M. Courrian pour nous
avoir permis d’ancrer notre projet dans les Olympiades de Physique.
LA PIÉZOÉLECTRICITÉ Mémoire
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Sitographie
www.wikipedia.org/wiki/piezoelecticity
www.piezo.com
www.techniques-ingenieurs.fr/piezoelectricite
www.americanpiezo.com/piezolectricity
www.physiqueinstrument.com/tutorial/piezoelectricity
www.dictionary.reference.com/browse/piezoelectricity
http://www.youtube.com/watch?v=KKednep13dn024u