Des amortisseurs de vibrations actifs à base d’élastomère

En raison de leurs propriétés (faible rigidité, résistance à de hautes déformations, élasticité), les élastomères sont très utilisés dans les amortisseurs de vibrations. Jusqu’alors, ils agissaient de manière passive au sein des amortisseurs, c’est à dire sans aucune intervention extérieure supplémentaire et sans apport extérieur d’énergie. Or, l’amortissement des vibrations serait plus efficace si les élastomères pouvaient réagir de manière active aux vibrations, c’est-à-dire en annulant ces dernières en leur superposant une excitation « inverse ».

Des élastomères électroactifs permettent déjà de remplir cette fonction. « Il s’agit de matériaux élastiques dont la forme change lorsqu’on leur applique un champ électrique », explique William Kaal, chercheur à l’Institut Fraunhofer de durabilité des structures et de fiabilité des systèmes (LBF) de Darmstadt (Hesse). « Si on leur impose une tension alternative, les matériaux commencent à osciller. Ainsi, l’ajout d’un dispositif électronique intelligent faisant vibrer l’élastomère inversement aux vibrations parasites produites par une machine ou un moteur permet de les supprimer en grande partie », poursuit-il.

Afin de valider ce principe expérimentalement, les chercheurs du LBF ont développé un prototype d’empilement d’actionneurs, plus petit qu’un disque dur externe, constitué de 40 fines couches élastomère/électrode. Pour de telles structures, la principale difficulté réside dans la conception des électrodes permettant d’appliquer un champ électrique au sein des couches d’élastomère. En effet, la plupart des solutions reposent sur des électrodes métalliques, rigides, empêchant la déformation de l’élastomère. « Nous avons alors doté les électrodes de trous microscopiques », ajoute Jan Hansmann, chercheur au LBF. « Lorsque l’élastomère est déformé sous l’action d’un courant électrique, il peut se déplacer dans les trous ». L’actionneur obtenu permet d’obtenir des vibrations d’une amplitude de quelques dixièmes de millimètres, reconnaissant la fréquence de résonnance d’un oscillateur mécanique et supprimant activement ses oscillations après leur mise en contact. Dans les véhicules automobiles, la réduction des vibrations provenant du moteur constitue l’une des applications d’un tel dispositif.

Inversement, l’empilement d’actionneurs permet d’absorber les vibrations d’un système pour les convertir en énergie électrique. De telles applications sont utiles dans les capteurs de température et de vibrations ne disposant pas de leur propre alimentation électrique, par exemple dans les systèmes de surveillance de l’état des ponts.

Avant la phase d’industrialisation, des tests de longue durée et en environnements fortement contraints doivent être encore menés sur ces actionneurs intelligents.

 

Pour en savoir plus, contacts :

Dipl.-Ing. William Kaal, chercheur à l’Institut Fraunhofer de durabilité des structures et de fiabilité des systèmes (LBF) – tél. : +49 6151 705-440, fax +49 6151 705-214 – email : william.kaal@lbf.fraunhofer.de

 

Sources :

« Kunstmuskel als Schwingungsdämpfer », communiqué de presse de la Société Fraunhofer – 01/06/2012 – http://idw-online.de/pages/de/news480906

 

Rédacteurs :

Lucas Ansart, lucas.ansart@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr