A côté des moulins à vent, existe une nouvelle façon de récupérer de l’énergie cinétique qui est à l’étude. Une équipe de recherche de l’Université de l’Etat de l’Ohio a créé des dispositifs électromécaniques qui ressemblent à de minuscules arbres dénudés et qui peuvent produire de l’électricité quand ils sont déplacés par l’activité sismique, de légers mouvements de balancement d’un grand bâtiment, ou par les vibrations de la circulation sur un pont.
Avant de commencer à envisager de grands champs de générateurs de puissance en forme d’arbres se tortillant, il convient de préciser que cette idée s’adresse à des situations où de petites quantités d’énergie sont nécessaires.
Dans une étude publiée le mois dernier, les chercheurs ont décrit leurs expériences avec la nouvelle plate-forme de récupération d’énergie vibratoire. «Les bâtiments se balancent très légèrement à cause du vent, les ponts oscillent quand nous roulons sur eux et les suspensions de voiture absorbent les bosses sur la route », a déclaré le chef de projet, Ryan Harne. « En fait, il existe une énorme quantité d’énergie cinétique associée à ces mouvements qui est par ailleurs perdue. Nous voulons récupérer et recycler une partie de cette énergie. »
L’objectif initial est d’alimenter des capteurs à basse tension qui maintiennent l’intégrité structurelle des structures civiles telles que les ponts ou les poutres profondes installées à l’intérieur des bâtiments de grande hauteur. Actuellement, ce travail est effectué par des capteurs alimentés par des batteries ou le réseau électrique, ce qui fait que ces méthodes qui sont coûteuses et difficiles à maintenir dans des endroits éloignés. Les capteurs qui pourraient capter l’énergie vibratoire pourraient faire leur travail d’une manière complètement autonome.
Dans le passé, les chercheurs ont supposé que les mouvements aléatoires générés dans la nature ne pouvaient pas être l’option la plus appropriée pour créer les oscillations cohérentes nécessaires pour faire de l’électricité utilisable. En tant que tels, des vibrations artificielles, non aléatoires ont été utilisées dans des expériences. En revanche, l’équipe de l’Ohio a étudié les moyens de capter l’énergie produite d’une manière aléatoire plus naturelle.
Grâce à la modélisation mathématique, Ryan Harne a élaboré qu’il est possible pour des structures ressemblant à des arbres de maintenir des vibrations à une fréquence cohérente en dépit de grandes données aléatoires en entrée, grâce à la résonance interne, un phénomène qui permet à certains systèmes mécaniques pour dissiper l’énergie. L’énergie pourrait alors être capturée et stockée par l’intermédiaire d’un circuit d’alimentation.
Ryan Harne et ses collègues ont testé le modèle en construisant un dispositif constitué de deux poutres en acier en forme de L (semblable à un tronc et des branches) supporté par une bride et fixé à une structure qui est secouée avant et en arrière à hautes fréquences. Les poutres sont reliées par une bande de fluorure de polyvinylidène (PVDF) pour convertir les vibrations structurelles en énergie électrique.
Lorsque l’appareil a répondu aux hautes fréquences, il a oscillé avec seulement de petites amplitudes, à peine visibles à l’œil nu. Néanmoins, il a produit environ 0,8 volts. Mais quand les chercheurs ont ajouté un bruit aléatoire dans le système, l’arbre a commencé à afficher ce que Ryan Harne appelle «des phénomènes de saturation. » Il a atteint le point où l’énergie à haute fréquence a été soudainement canalisée en une oscillation basse fréquence. À ce stade, l’arbre se balançait d’avant en arrière, avec le tronc et la branche vibrante en synchro. Ce mouvement de basse fréquence a produit environ 2 volts d’énergie électrique, plus du double de la tension et suffisante pour atteindre une preuve de concept.
«Nous avons introduit des quantités massives de bruit, et constaté que le phénomène de saturation est très robuste, avec une faible tension en sortie », a déclaré Ryan Harne. « Cela n’était pas connu avant. » Il espère continuer à développer l’idée.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022460X15009141
https://news.osu.edu/news/2016/02/01/shaketree/
