Thèse soutenue

Etude des propriétés piézoélectriques du polymère biosourcé PLA pour la récupération d'énergie vibratoire
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Auteur / Autrice : Mohamed Aymen Ben Achour
Direction : Christian CourtoisMarie-France LacrampeSophie BarrauMohamed RguitiCédric Samuel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 12/07/2021
Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux céramiques et procédés associés (Maubeuge, Nord ; 1998-2021) - UMET - Unité Matériaux et Transformations - Centre d'enseignement , de recherche et d'innovation matériaux et procédés (Douai, Nord ; 2021-....)
Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
Jury : Président / Présidente : Guy Feuillard
Examinateurs / Examinatrices : Christian Courtois, Marie-France Lacrampe, Sophie Barrau, Mohamed Rguiti, Cédric Samuel, Jean-Fabien Capsal, Séverine Boyer, Jean-Marie Raquez
Rapporteurs / Rapporteuses : Guy Feuillard, Jean-Fabien Capsal

Mots clés

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Résumé

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La potentialité des films PLA produits par extrusion et étirés uniaxialement par MDO à partir des grades industriels a été investiguée pour la récupération d’énergie vibratoire par effet piézoélectrique. Une technique de caractérisation du coefficient piézoélectrique plus adaptée aux films polymères a été testée et validée sur un film piézoélectrique commercial de PVDF, puis utilisée pour évaluer le coefficient piézoélectrique d14 des films PLA. Une étude physico-chimique a été menée afin de comprendre les relations entre les observables piézoélectriques des films PLA et les modifications structurales (orientation moléculaire, cristallinité et nature des phases cristallines) apportées par les conditions d’élaboration des films. Un banc de test de récupération d’énergie reposant sur l’application des déformations de traction dynamiques a été utilisé pour évaluer la capacité des PLAs à convertir des vibrations mécaniques en énergie électrique. Une comparaison avec du PVDF commercial a été réalisée. Un modèle électro-mécanique équivalent a été développé et a permis de décrire l’évolution de la puissance électrique récupérée en fonction des conditions de sollicitations mécaniques pour différents grades de PLA ainsi que pour le PVDF. Ce modèle étant validé, a été utilisé pour prédire l’effet de la variation des différents paramètres intrinsèques (qualités mécaniques et piézoélectriques des polymères) et extrinsèques (conditions de sollicitations mécaniques et adaptation d’impédance électrique). Enfin, pour de futures applications, nous avons évalué la potentialité du PLA (sous forme de film ou de textile) pour des applications comme capteur de déformation, de force dynamique et de chocs mais aussi pour l’émission et la réception ultrasonore.