De nouveaux modèles d'appareils intelligents pour la récupération de l'énergie
L'objectif consiste à récolter l'énergie dans l'environnement afin d'alimenter les appareils électriques sans recourir à une alimentation externe. L'objectif principal des appareils intelligents qui ont fait l'objet du projet FSI-HARVEST (Numerical modelling of smart energy harvesting devices driven by flow-induced vibrations), financé par l'UE, visait à inverser l'approche traditionnelle qui consistait à éviter l'interaction potentiellement dangereuse de la structure et du liquide périphérique, mais plutôt de récupérer le flux d'énergie disponible. Ainsi, les fluctuations potentiellement nuisibles sont exploitées afin d'alimenter les petits appareils électriques. Parmi les usages possibles figurent les systèmes micro-électromécaniques, les sondes installées sur les sites distants, voire les dispositifs médicaux in vivo moins dépendants du stockage local de l'énergie et exigeant un moindre effort de conservation. Cette technologie comprend l'interaction de la structure et du liquide périphérique, la charge électrique accumulée dans le substrat et un circuit électrique de contrôle. Pour comprendre les propriétés observables de ces appareils de demain et pour les rendre plus performants et plus solides, FSI-HARVEST a mis au point un modèle mathématique pour représenter le système physique complexe. L'équipe a également analysé les techniques numériques spécifiques autorisant des analyses computationnelles systématiques puissantes. Les chercheurs ont utilisé la méthode des résidus pondérés pour résoudre les équations différentielles. Les approximations ont été obtenues par une variante du modèle d'éléments finis dans l'espace et un modèle Galerkin discontinu pour faire évoluer la solution dans le temps. Le modèle mathématique non linéaire est résolu à l'aide de la méthode Newton-Raphson appliquée à tous les champs physiques concernés. L'analyse computationnelle a complété l'approche et a permis de valider les modèles mathématiques. Les chercheurs ont modélisé un domaine fréquentiel unique autorisant une analyse globale du circuit électromécanique, autorisant un seul calcul pour prévoir les états de fonctionnements optimaux pour une configuration spécifique en fonction de la production d'électricité. D'une manière générale, l'équipe a passé en revue plusieurs configurations afin de tester les mécanismes d'excitation structurels et leur interaction avec le liquide périphérique. Ces analyses mathématiques effectuées sur le système global ont permis au projet FSI-HARVEST d'établir les méthodes optimales pour la conception de ces collecteurs d'énergie intelligents en tenant compte de l'alimentation électrique en présence de conditions extérieures variables.
Mots‑clés
Récupération de l'énergie, outils computationnels, piézo-électrique, énergie renouvelable, FSI-HARVEST
