WO2013131915A1 - Dispositif electrostatique et procede de recuperation d'energie mecanique par effet triboelectrique - Google Patents

Dispositif electrostatique et procede de recuperation d'energie mecanique par effet triboelectrique Download PDF

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Sébastien Boisseau
Dominique Vicard
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Abstract

Dispositif de récupération d'énergie comportant un premier (E1) et un deuxième (E2) ensemble en vis-à-vis, le premier ensemble (E1) comportant un premier élément conducteur (2) et un premier élément diélectrique (6) porté par le premier élément conducteur (2), et le deuxième ensemble (E2) comportant un deuxième élément conducteur (4), ledit premier élément diélectrique (6) étant disposé entre le premier (2) et le deuxième (4) élément conducteur, dans lequel ledit dispositif comporte des moyens assurant que ledit premier élément diélectrique (6) entre en contact avec le deuxième élément conducteur (4) et dans lequel le matériau du premier élément diélectrique (6) et le matériau du deuxième élément conducteur (4) sont choisis de telle sorte qu'ils présentent des affinités triboélectriques différentes.

Description

DISPOSITIF ELECTROSTATIQUE ET PROCEDE DE RECUPERATION D'ENERGIE MECANIQUE PAR EFFET TRIBOELECTRIQUE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un dispositif électrostatique de récupération d'énergie mécanique en énergie électrique utilisant les charges électrostatiques accumulées par effet triboélectriques sur au moins un matériau diélectrique.
Dans le domaine de la récupération d'énergie, il est connu d'utiliser des systèmes à capacité variable comportant au moins une électrode fixe, et au moins une électrode mobile en regard, les électrodes étant séparées par un entrefer d'air ou de vide. L'électrode mobile est mise en mouvement par les vibrations extérieures et par injection et retrait d'une charge dans le système à des moments précis, il est possible de convertir l'énergie vibratoire en énergie électrique.
Ces systèmes nécessitent également une polarisation de la structure à chaque cycle pour réaliser des cycles de récupération d'énergie. Cette polarisation nécessite des moyens électroniques pour le transfert des charges électriques vers la structure électrostatique, de disposer toujours d'une énergie minimale et de faire une détection de la capacité maximale. Ceci engendre des pertes électriques importantes, et rend le système très complexe.
I l est également connu d'utiliser des électrets pour polariser de manière permanente les électrodes. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de polariser la structure à chaque cycle ; la gestion de l'injection et du retrait des charges n'est alors plus requise. Pour rappel, un électret est un matériau isolant électrique présentant un état de polarisation électrique quasi-permanent. Il est généralement obtenu par orientation dipolaire ou par injection de charges. Un électret permet notamment d'imposer une polarisation permanente dans une structure capacitive, cependant il ne permet pas de conduire le courant. Par ailleurs, il existe plusieurs types de structure de convertisseurs à récupération d'énergie polarisés par des électrets. Ces différents types sont décrits dans le document "Microstructures électrostatiques de récupération d'énergie vibratoire pour les microsystèmes", S. BOISSEAU, G. DESPESSE 1-1 CHAILLOUT et A. SYLVESTRE, dans Techniques de l'ingénieur, 10-2010, RE 160, pages 1-12.
Le premier type est une structure hors-plan. Une électrode et une contre-électrode sont disposées l'une en face de l'autre, l'une portant l'électret. Les deux électrodes sont aptes à se rapprocher et à s'écarter l'une de l'autre et définissent entre elles un entrefer variable. L'ensemble forme un condensateur à capacité variable
Cette structure est particulièrement bien adaptée si les vibrations sont connues et stables au cours du temps (en fréquence et en amplitude). La structure est alors dimensionnée pour que les vibrations de référence entraînent une variation de capacité maximale : la contre-électrode oscille entre une position très proche de l'électret et une position très écartée. Cependant cette structure présente l'inconvénient que, dans le cas où les vibrations sont trop fortes, la contre-électrode peut percuter l'électret, ce qui peut libérer les charges stockées dans l'électret et réduire la durée de vie de l'électret et donc de la structure.
Le deuxième type de structure est la structure dans le plan, mettant en œuvre des électrets structurés. Dans cette structure, l'électrode et la contre-électrode délimitent un entrefer fixe, mais la contre-électrode se déplace dans un plan unique parallèle à l'électrode. Les surfaces en regard varient. Afin d'augmenter la variation de capacité, l'électret, l'électrode et la contre-électrode sont texturés, par exemple l'électrode et la contre-électrode sont sous forme de bandes parallèles inclinées par rapport à la direction de déplacement de la contre-électrode, les bandes de l'électrode sont recouvertes de l'électret. Ainsi la variation de surface est importante, il en résulte donc une variation de capacité importante. Ces structures sont cependant plus difficiles à développer et leur coût de fabrication est plus élevé que les structures hors-plan.
En outre, la stabilité de l'électret conditionne la durée de vie du système. Si l'électret est déchargé, le système ne fonctionne plus. Or, la stabilité de l'électret peut être fortement réduite lorsqu'il est soumis à des conditions difficiles, par exemple une humidité supérieure à 30% et une température supérieure à 100°. Or, de nombreux systèmes sont soumis ponctuellement à des conditions de ce type et notamment lors de leur fabrication. De plus, les matériaux capables de conserver leurs charges sur de longues périodes sont peu nombreux, il s'agit principalement des polymères comme le Téflon®, le Kapton®, le Mylar®, le CYTOP® et les céramiques à base d'oxyde (Si02) ou de nitrure de silicium (Si3N4).
Le document US4126822 décrit un système générant de l'électricité électrostatiquement, mais celui-ci requiert une précharge des électrodes et un maintien de cette charge par des moyens de polarisation complexes.
Le document « Flexible Triboelectric Generator », Feng-Ru Fan, Zhong-
Qun Tian, Zhong Lin Wang, Nano décrit un dispositif de récupération d'énergie par effet triboélectrique ne permettant pas une récupération d'une énergie importante, et il est par ailleurs d'un usage peu pratique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un système de récupération d'énergie dans lequel les problèmes du contact et de la stabilité de la charge de l'électret ne se posent pas.
Le but de la présente invention est obtenu par un dispositif de récupération d'énergie mécanique comportant au moins un premier ensemble comportant un élément conducteur recouvert d'un matériau diélectrique et un deuxième ensemble comportant au moins un élément conducteur, les deux ensembles étant mobiles l'un par rapport à l'autre, le matériau diélectrique et le deuxième ensemble présentant des affinités triboélectriques différentes. Le dispositif est tel que le deuxième ensemble et le diélectrique entrent en contact, ce qui a pour effet de charger le diélectrique. Dans un mode de réalisation, l'énergie est récupérée entre l'élément conducteur du premier ensemble et l'élément conducteur du deuxième ensemble. Dans un autre mode de réalisation, l'énergie est récupérée soit sur l'un des ensembles qui comporte plusieurs éléments conducteurs, soit sur les deux ensembles séparément. La charge du diélectrique est alors maintenue grâce au contact avec le deuxième ensemble.
Ainsi il n'est pas nécessaire d'utiliser un matériau apte à conserver longtemps sa charge puisqu'il est "rechargé" en cours de fonctionnement.
En outre, le dispositif devient utilisable indéfiniment car le diélectrique n'est jamais déchargé.
Enfin, le contact entre le deuxième ensemble et le diélectrique ne pose plus de problème, au contraire il est recherché. On peut donc utiliser une structure hors- plan de réalisation plus simple et moins coûteuse que les structures dans le plan.
Ce dispositif présente l'avantage de ne pas requérir l'application d'une différence de potentiels entre ses éléments conducteurs pour fonctionner.
En d'autres termes, on utilise l'influence des charges électrostatiques qui peuvent s'accumuler dans le matériau diélectrique par effet triboélectrique pour produire de l'énergie électrique. Les dispositifs de l'état de la technique, comme les générateurs triboélectriques ou les machines à induction électrostatique utilisant la triboélectricité, collectent directement les charges produites lors de la mise en contact. Au contraire, selon l'invention, ces charges ne sont pas directement collectées, mais celles-ci sont utilisées pour transformer un matériau diélectrique en électret ou en pseudo-électret, i.e. qui présente une durée de vie plus courte que celle d'un électret, dans le sens courant du terme, par effet triboélectrique ou pour entretenir la charge d'un électret. En outre, contrairement aux dispositifs électrostatiques de récupération d'énergie électrostatique dans lesquels des moyens sont mis en œuvre pour éviter le contact entre les parties fixes et mobiles, dans le cas du dispositif selon l'invention, un contact entre la partie fixe et la partie mobile est recherché afin de recharger le matériau diélectrique et maintenir la polarisation.
Le choix des matériaux à affinités triboélectriques différentes et le contact entre ces matériaux forment des moyens d'entretien de la polarisation du dispositif. Ce dispositif présente l'avantage d'être complètement autonome puisqu'il ne nécessite pas de moyens de polarisation et sa polarisation est entretenue au cours du temps.
La présente invention a alors pour objet un procédé de récupération d'énergie au moyen d'un dispositif de récupération d'énergie comportant un premier et un deuxième ensemble placés en vis-à-vis et mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier ensemble comportant au moins un premier élément conducteur, un premier élément diélectrique porté par le premier élément conducteur et le deuxième ensemble comportant au moins un deuxième élément conducteur, ledit premier élément diélectrique étant disposé entre le premier et le deuxième élément conducteur, ledit premier élément diélectrique pouvant entrer en contact avec une partie du deuxième ensemble, le matériau du premier élément diélectrique et le matériau de la partie du deuxième ensemble avec laquelle le premier élément diélectrique entre en contact présentant des affinités triboélectriques différentes, le procédé présentant les étapes suivantes :
- précharge du premier élément diélectrique du premier ensemble, la charge de ce premier élément diélectrique étant en tout ou partie apportée par un effet triboélectrique lors d'une mise en contact du premier élément diélectrique et un élément du deuxième ensemble appelé élément de contact ;
- déplacement relatif des premier et deuxième ensembles entre une première position, dite de contact, pour laquelle le premier élément diélectrique préchargé est en contact avec ledit élément de contact du deuxième ensemble et présente une première surface de contact et une deuxième position, dite éloignée, pour laquelle ledit élément de contact du deuxième ensemble est éloigné du premier élément diélectrique de sorte qu'ils ne sont plus en contact ou qu'ils présentent une deuxième surface de contact inférieure à ladite première surface de contact, ce déplacement induisant une variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur ;
- circulation, pendant ledit déplacement, d'un courant entre le premier élément conducteur du premier ensemble et un circuit électrique, ce courant étant induit par ledit déplacement relatif des premier et deuxième ensembles et induisant une énergie électrique dans le circuit électrique.
De manière très avantageuse, la variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur lors dudit déplacement est au moins égale à 20%, de préférence au moins égale à 40% de la valeur de capacité dans la position dite de contact.
Le procédé de récupération selon l'invention peut comporter, dans la position de contact, un premier état d'équilibre apparaissant entre le premier conducteur, le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur, et dans la position éloignée, un deuxième état d'équilibre apparaissant entre le premier élément diélectrique et le premier élément conducteur, la passage du premier état d'équilibre à l'autre provoquant la circulation d'un courant électrique entre le premier élément conducteur du premier ensemble et le circuit électrique.
La présente invention a également pour objet un dispositif de récupération d'énergie comportant un premier et un deuxième ensemble placés en vis-à-vis et mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier ensemble comportant au moins un premier élément conducteur et un premier élément diélectrique porté par le premier élément conducteur, et le deuxième ensemble comportant au moins un deuxième élément conducteur, ledit premier élément diélectrique étant disposé entre le premier et le deuxième élément conducteur, ledit premier élément diélectrique pouvant entrer en contact avec une partie du deuxième ensemble, le matériau du premier élément diélectrique et le matériau de la partie du deuxième ensemble avec laquelle le premier élément diélectrique entre en contact présentant des affinités triboélectriques différentes, le premier élément diélectrique du premier ensemble étant apte à présenter une charge obtenue en tout ou partie par un effet triboélectrique lors d'une mise en contact du premier élément diélectrique et un élément du deuxième ensemble appelé élément de contact , le dispositif permettant un déplacement relatif des premier et deuxième ensembles entre une première position, dite de contact, pour laquelle le premier élément diélectrique préchargé est en contact avec ledit élément de contact du deuxième ensemble et présente une première surface de contact et une deuxième position , dite éloignée, pour laquelle ledit élément de contact du deuxième ensemble est éloigné du premier élément diélectrique de sorte qu'ils ne sont plus en contact ou qu'ils présentent une deuxième surface de contact inférieure à ladite première surface de contact, ce déplacement induisant une variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur, le dispositif comprenant en outre un circuit électrique relié au premier élément conducteur de sorte qu'un courant électrique est apte à circuler, pendant ledit déplacement, entre le premier élément conducteur du premier ensemble et le circuit électrique, ce courant étant induit par ledit déplacement relatif des premier et deuxième ensembles et induisant une énergie électrique dans le circuit électrique.
Dans un mode réalisation, le circuit électrique relie le premier élément conducteur et le deuxième élément conducteur.
Dans un exemple, le deuxième élément conducteur peut former la partie du deuxième ensemble avec laquelle le premier élément diélectrique entre en contact.
Dans un autre exemple, le deuxième ensemble comporte un deuxième élément diélectrique porté par le deuxième élément conducteur, et disposé entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur, le deuxième élément diélectrique formant la partie avec laquelle le premier élément diélectrique entre en contact.
Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de récupération d'énergie peut comporter un premier et un deuxième ensemble en vis-à-vis, dans lequel le premier ensemble comporte au moins une paire d'éléments conducteurs adjacents recouverts chacun par un élément diélectrique, les deux éléments diélectriques ayant des affinités triboélectriques différentes, et le deuxième ensemble comportant au moins un deuxième élément conducteur ayant une affinité triboélectrique classée entre les affinités triboélectriques des deux éléments diélectriques du premier ensemble, dans lequel le circuit électrique relie les au moins deux éléments conducteurs du premier ensemble. Le deuxième ensemble peut être formé par un élément conducteur recouvert d'un élément diélectrique.
Dans un autre exemple de réalisation, chacun des premier et deuxième ensembles comporte au moins une paires de deux éléments conducteurs adjacents recouverts chacun par un élément diélectrique, les deux éléments diélectriques de chaque paire ayant des affinités triboélectriques différentes, et les éléments diélectriques en vis-à-vis ayant des affinités triboélectriques différentes. Les moyens pour collecter l'énergie électrique générée collectent l'énergie électrique générée entre les éléments conducteurs de chaque paire.
Dans un autre exemple de réalisation, chacun des premier et deuxième ensembles comporte au moins une paires de deux éléments conducteurs adjacents recouverts chacun par un élément diélectrique, les deux éléments diélectriques de chaque paire ayant des affinités triboélectriques différentes, et les éléments diélectriques en vis-à-vis ayant des affinités triboélectriques différentes, les éléments conducteurs du deuxième ensemble étant en court-circuit.
Les premier et deuxième ensembles peuvent être plans et être parallèles, au moins l'un des premier et deuxième ensembles étant monté sur un châssis de sorte à se déplacer au moins perpendiculairement à l'autre ensemble conducteur.
Les premier et deuxième ensembles peuvent être plans et être parallèles. Le premier ensemble peut être structuré et le deuxième ensemble peut être structuré de sorte que, lors d'un déplacement du premier et/ou du deuxième ensemble selon une direction parallèle aux premier et deuxième ensembles, une variation de capacité se produit entre le ou les éléments diélectriques du premier ensemble et le deuxième ensemble.
Dans un exemple de réalisation le premier et/ou le deuxième ensemble comportent une pluralité de fils comprenant chacun une âme et une enveloppe, l'âme formant un élément conducteur et l'enveloppe formant un élément diélectrique. Les fils peuvent être tissés.
Dans une réalisation, au moins le deuxième ensemble peut être souple de sorte à se rapprocher du premier ensemble sous l'effet d'une force extérieur et à entrer en contact avec le premier élément lorsque ladite force extérieure présente une intensité suffisante.
Par exemple le premier et le deuxième ensemble sont maintenus par un support, ledit support étant tel qu'il se déforme élastiquement pour rapprocher le premier ensemble et le deuxième ensemble sous l'effet d'une force extérieure et à les mettre en contact lorsque ladite force extérieure présente une intensité suffisante.
Le premier ensemble peut présenter une forme incurvée en l'absence d'application d'une force extérieure et être à distance du deuxième ensemble, ledit premier ensemble étant déformé par application d'une force extérieure et venant en contact avec le deuxième ensemble.
Dans une autre réalisation, les deux ensembles sont en contact permanent.
Selon une caractéristique additionnelle, le ou les éléments diélectriques sont compressibles.
Dans un exemple de réalisation, au moins l'un des ensembles peut avoir un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation. Dans une réalisation, les premier et deuxième ensembles peuvent avoir la forme de disque, au moins l'un des ensembles étant mobile en rotation autour de son axe, les axes des premier et deuxième ensembles étant sécants, les deux ensembles étant en contact permanent par leurs bords, le disque du premier ensemble étant divisé en secteurs angulaires, des secteurs angulaires étant recouverts par du premier élément diélectrique et des secteurs angulaires n'étant pas recouverts par du premier élément diélectrique.
Dans une autre réalisation, les premier et deuxième ensembles peuvent être parallèles, le premier ensemble ayant la forme d'un disque et étant divisé en secteurs angulaires, des premiers secteurs angulaires étant recouverts par le premier élément diélectrique et des deuxièmes secteurs angulaires étant ou n'étant pas recouverts par le premier élément diélectrique, les premiers secteurs angulaires étant en contact permanent avec le deuxième ensemble. Le deuxième ensemble peut alors avoir la forme d'un disque, les axes des disques étant confondus avec l'axe rotation. Le deuxième ensemble peut être tournant et avoir la forme d'un secteur angulaire mobile en rotation autour de l'axe rotation.
La présente invention a également pour objet un système comportant au moins deux dispositifs de récupération d'énergie selon la présente invention connectés en parallèle ou série.
La présente invention a également pour objet un système comportant au moins un dispositif de récupération d'énergie selon la présente invention et des moyens de stockage de l'énergie récupérée avant son transfert au circuit d'utilisation.
Le système peut comporter au moins un capteur communicant capable d'effectuer une mesure, de la traiter et de la transmettre par moyen radio à un récepteur dès que la quantité d'énergie stockée dans le moyen de stockage est supérieure à un seuil donné.
La présente invention a également pour objet un vêtement comportant au moins un dispositif selon la présente invention ou un système selon la présente invention, le premier ensemble et le deuxième ensemble étant portés par deux pièces du vêtement en vis-à-vis et destinées à se déplacer l'un par rapport à l'autre et à entrer en contact, par exemple ces deux pièces étant formées par deux jambes d'un pantalon.
La présente invention a également pour objet un pneu pour véhicule automobile comportant au moins un dispositif de récupération selon la présente invention ou un système selon la présente invention, l'un des ensembles du dispositif étant fixé sur une face intérieure d'une bande de roulement du pneu.
Le pneu ou le vêtement peut comporter des moyens de traitement de la variation du courant ou de la tension électrique récupérée en fonction du temps pour déterminer des informations sur le pneu, telles que la vitesse de rotation, la pression, la température ou l'accélération, ou du déplacement relatif des pièces du vêtement.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexes sur lesquels : - les figures 1A et 1B sont des vues schématiques de côté d'un exemple d'un premier mode de réalisation d'un système de récupération d'énergie dans deux états de fonctionnement,
- les figures 2A et 2B sont des vues schématiques de côté d'un autre exemple du premier mode de réalisation d'un système de récupération d'énergie dans deux états de fonctionnement,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un autre exemple de réalisation d'un dispositif de récupération selon le premier mode sous forme de fils,
- la figure 4 est une vue schématique de côté d'un exemple d'un dispositif de récupération d'énergie selon un second mode de réalisation,
- la figure 5 est une vue schématique de côté d'un autre exemple d'un dispositif de récupération d'énergie selon le second mode de réalisation,
- la figure 6 est une vue schématique d'une variante du dispositif de la figure 5,
- la figure 7 est un autre exemple de réalisation du premier mode de réalisation dans lequel les ensembles sont structurés,
- les figures 8 à 11 sont des exemples de réalisations du dispositif de récupération selon l'invention, les deux ensembles ayant un mouvement relatif de rotation,
- la figure 12 est une vue schématique de côté d'un exemple de réalisation d'un dispositif de récupération dans lequel les éléments diélectriques sont compressibles,
- la figure 13 est une représentation schématique d'un pneu auquel un dispositif de l'invention peut être appliqué,
- la figure 14 est une représentation graphique de l'accélération radiale d'un point sur la surface de pneu en fonction du temps,
- la figure 15 est une représentation graphique de la variation de courant électrique récupérée par un dispositif selon l'invention monté dans un pneu en fonction du temps, - les figures 16, 17, 18A et 18B sont des vues schématiques de côté de différents exemples de réalisation de la structure du dispositif des figures 1A et 1B, particulièrement adaptée à la récupération d'énergie dans un pneu,
- la figure 19 est une représentation schématique d'un vêtement équipé d'un dispositif de récupération selon la présente invention,
- la figure 20 est une représentation schématique d'un dispositif appliqué à un chandail.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans la description qui va suivre, les mêmes références seront utilisées pour décrire les éléments ayant sensiblement la même forme et la même fonction dans tous les exemples de réalisation.
Dans la présente demande, on entend par "capacité électrique entre un élément conducteur et un élément diélectrique chargé", la capacité équivalente par rapport à l'élément conducteur que chargent les charges électriques stockées dans l'élément diélectrique. Si par exemple les charges sont stockées à une certaine profondeur de l'élément diélectrique, la capacité équivalente est la capacité que formerait une électrode placée à cette profondeur par rapport à l'élément conducteur. En pratique, les charges peuvent être stockées à différentes profondeur dans l'élément diélectrique. La capacité électrique entre un élément conducteur et un élément diélectrique chargé, signifie alors une capacité globale équivalente qui chargée avec le potentiel de surface de l'électret stockerait la même quantité d'énergie que l'énergie électrique totale qui est stockée sous forme de charges électriques réparties (y2CeqVsurface 2=∑½Qéiémentaires associées - Vass0ciées étant la différence de potentiel entre chacune des charges Q.éiémentaires implantées et l'élément conducteur).
En outre dans la présente demande, on entend par "capacité électrique entres deux éléments diélectriques chargés", la capacité électrique équivalente que chargent, en différentiel, les charges électriques stockées dans les deux éléments diélectriques. L'énergie d'interaction entre les charges stockées dans chacun des deux éléments diélectriques vaut sensiblement ½Q.2/CeqUivaient avec Q2 la différence de charges entre les premiers et seconds éléments diélectriques et CequiVaient la capacité électrique entre deux éléments diélectriques chargés).
Sur les figures 1A et 1B, on peut voir un premier exemple d'un système de récupération d'énergie selon un premier mode de réalisation comportant un premier ensemble El et un deuxième ensemble E2 disposés en vis-à-vis. Le premier ensemble El comporte un premier élément conducteur 2 présentant la forme d'une plaque, recouvert d'un premier élément diélectrique 6, et le deuxième ensemble E2 comporte un deuxième élément conducteur 4 sous forme de plaque. L'élément diélectrique 6 se situe entre les premier 2 et deuxième 4 éléments conducteurs.
Les premier 2 et le deuxième 4 éléments conducteurs sont reliés électriquement à travers un circuit de consommation électrique 8, qui est par exemple une lampe, un capteur, un chargeur de batterie..., soit un dispositif de stockage, type batterie.
Le premier ensemble El et le deuxième ensemble E2 sont tels qu'ils sont aptes à se rapprocher et à s'écarter le long de l'axe Z sous l'effet d'une action extérieure, par exemple des vibrations ou des déformations. Par exemple, seul le deuxième ensemble E2 est mobile le long de l'axe Z et est suspendu, par exemple par des ressorts à un support (non représentés) par rapport auquel le premier ensemble El est fixe.
Le dispositif est tel que l'amplitude de déplacement est significative du deuxième ensemble E2 par rapport au premier ensemble El, i.e. le déplacement du deuxième ensemble E2 est suffisante pour permettre au deuxième élément conducteur 4 de venir en contact du premier élément diélectrique 6. La variation de capacité est de préférence d'au moins 20%, et de manière encore préférée d'au moins 40%. De manière avantageuse, la variation d'entrefer entre les deux diélectriques est d'au moins ΙΟμιη, de sorte à provoquer une variation de capacité d'au moins 20%, de manière avantageuse d'au moins 50μιη de sorte à provoquer une variation de capacité d'au moins avantageusement 40%.
Un dispositif dans lequel les deux ensembles seraient mobiles le long de l'axe Z et un dispositif dans lequel seul le premier ensemble comportant le premier élément conducteur et l'élément diélectrique serait mobile ne sortent pas du cadre de la présente invention.
Le matériau de l'élément diélectrique 6 et le matériau du deuxième élément conducteur 4 sont choisis de sorte qu'ils présentent des affinités triboélectriques différentes, i.e. lorsque les deux matériaux entrent en contact ils s'échangent des électrons, l'un ayant tendance à céder des électrons tandis que l'autre à tendance à les capter. Les matériaux sont classés suivant leur aptitude à céder ou à capter des électrons dans une liste nommée "Série triboélectrique" dont un exemple est donné ci-dessous.
Matières à affinité positive
Mains sèches
Fourrure de lapin
Verre
Cheveux
Nylon
Laine
Fourrure de chat
Plomb soie
Aluminium
Papier
Coton
Acier, inox
Bois, ambre, résine
Soufre
Caoutchouc dur (ébonite)
Nickel, cuivre,
Laiton, argent,
Or, platine
Polyester
Polystyrène
Polyuréthane Polyéthylène
Polypropylène
Polychlorure de vinyle
Silicone
Téflon
Matières à affinité négative
Il est envisageable de mettre en œuvre des éléments qui sont proches dans la série triboélectrique mais il est avantageux de choisir des matériaux qui sont éloignés dans la série, de sorte à faciliter l'échange d'électrons à chaque contact. L'affinité positive ou négative d'un matériau se définit relativement à un autre matériau.
Dans l'exemple représenté, le matériau du deuxième élément conducteur est choisi tel qu'il présente une tendance à céder des électrons, et le matériau de l'élément diélectrique est choisi tel qu'il a tendance à capter des électrons. Ainsi les électrons captés ou arrachés seront piégés dans le matériau de l'élément diélectrique. La présence et l'absence d'électrons sont symbolisées par des signes - et + respectivement sur les figures 1A et 1B. Inversement, il est également possible de choisir un autre couple de matériaux tels que le diélectrique fournit les électrons qui sont ensuite captés par le métal.
Lors de la fabrication du dispositif, l'élément diélectrique peut ne pas être chargé et être chargé lors du fonctionnement du dispositif dès le premier contact avec le deuxième élément conducteur 4, chaque contact rechargeant l'élément diélectrique. En variante, l'élément diélectrique est déjà chargé, il s'agit donc d'un électret. Sa charge est maintenue par le contact avec le deuxième élément conducteur 4. En effet l'électret peut perdre des charges au cours du temps par exemple à cause des phénomènes d'autodécharge du matériau. Dans certains cas, un contact entre un électret et un conducteur peut également conduire à une perte des charges de l'électret : les charges de l'électret peuvent passer dans le conducteur. En choisissant des matériaux présentant des affinités triboélectriques différentes, un tel problème est évité. De préférence, on choisit des couples qui soient le plus éloignés possibles dans la liste triboélectrique pour maximiser l'efficacité du système de récupération d'énergie. On pourra ainsi choisir par exemple les couples : Or/Téflon, Plomb/Téflon, Laiton/Nylon,
Aluminium/Téflon...
Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif de récupération d'énergie des figures 1A et 1B.
Nous considérons le cas où initialement l'élément diélectrique 6 est déjà chargé avec une charge Qj. La charge Q.2 est la charge induite par l'élément diélectrique chargé sur le premier élément conducteur 2 et la charge Q4 est la charge induite par l'élément diélectrique 6 chargé sur le deuxième élément conducteur 4. D'après la loi de conservation de la charge Qj = Q.2 + Q.4.
II existe une capacité Cl entre l'élément diélectrique et le premier élément conducteur 2, et une capacité C2 entre l'élément diélectrique 6 et le deuxième élément conducteur 4.
Le deuxième élément conducteur 4 est mis en vibration par un événement extérieur, celui-ci se déplace alors le long de l'axe Z en rapprochement et en éloignement de l'élément diélectrique 6. L'influence électrostatique exercée par les charges de l'élément diélectrique 6 sur le premier 2 et deuxième 4 éléments conducteurs varie au cours du temps en fonction de la distance séparant l'élément diélectrique 6 chargé et le deuxième élément conducteur 4. Ceci entraine une nouvelle répartition des charges entre les éléments conducteurs 2 et 4.
Lorsque le deuxième élément conducteur 4 est éloigné de l'élément diélectrique 6 (figure 1A), l'ensemble formé par le premier élément conducteur 2 et l'élément diélectrique tend à devenir neutre et la capacité Cl est très supérieure à la capacité C2.
Ensuite, lorsque le deuxième élément conducteur 4 se rapproche de l'élément diélectrique 6 il se met sous l'influence électrostatique de l'élément diélectrique chargé et se charge, à travers le circuit 8, de sorte à équilibrer la charge de l'élément diélectrique, la capacité C2 dévient significative par rapport à la capacité Cl. La variation de l'influence des charges de l'élément diélectrique sur le deuxième élément conducteur 4 est symbolisée par l'augmentation des charges sur le deuxième élément conducteur sur la figure 1B (la figure 1B montre un niveau de charge sur l'électrode 4 supérieure à la charge sur l'électrode 4 en figure 1A avant le rapprochement de l'électrode 4 de l'électrode 6.
Une redistribution des charges a alors lieu entre le premier 2 et le deuxième 4 éléments conducteurs à travers le circuit 8, ce qui engendre un courant électrique à travers le circuit 8 et une tension électrique à ses bornes. Une partie de l'énergie mécanique ayant mis en mouvement le deuxième élément conducteur est ainsi convertie en énergie électrique.
Le deuxième élément conducteur 4 entre en contact avec l'élément diélectrique chargé 6 (figure 1B) et du fait de leur affinités triboélectriques différentes s'échangent des charges, plus particulièrement dans l'exemple représenté, le deuxième élément conducteur 4 cède des charges électriques et l'élément diélectrique 6 arrache des charges électriques. La charge de l'élément diélectrique est alors maintenue au cours du temps et le dispositif de récupération d'énergie reste fonctionnel. Le contact entre l'élément diélectrique 6 et le deuxième élément conducteur 4 peut avoir lieu du fait d'un déplacement principalement le long de l'axe Z. On peut envisager que le deuxième élément conducteur 4 et l'élément diélectrique glissent l'un sur l'autre dans une direction perpendiculaire à l'axe Z.
Les charges captées (électrons ou manque d'électron (trous)) par l'élément diélectrique restent principalement en surface. Il est à noter qu'un électret chargé ou rechargé par triboélectricité, est d'une qualité moindre par rapport à un électret "standard". En effet, sa stabilité est généralement faible pour diverses raisons et notamment parce que les charges restent localisées plutôt en surface. Cependant, grâce au dispositif selon l'invention, celui-ci est rechargé régulièrement par frottement, cette moindre qualité n'a alors pas d'impact sur l'efficacité et la durée de vie du système. Par ailleurs, cet électret peut présenter un coût plus faible que des électrets capables de conserver leurs charges sur de longues durées ; en outre un plus grand choix de matériaux utilisables est disponible.
Cet exemple de réalisation présente un encombrement réduit, en effet son épaisseur est faible. Chaque élément conducteur peut être formé par un film d'aluminium, le premier élément conducteur étant recouvert de téflon. Les éléments conducteurs ont par exemple une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 mm. Le diélectrique a par exemple une épaisseur comprise entre 10 nm et 1 mm.
Le contact entre l'élément diélectrique 6 et le deuxième élément conducteur 4 est globalement aléatoire. Cependant, le système est dimensionné pour qu'un contact entre l'élément diélectrique 6 et l'élément conducteur 4 ait lieu à une fréquence suffisante pour permettre la recharge de l'élément diélectrique, par exemple au moins une fois par jour, par exemple au moment de la course maximale entre l'élément diélectrique 6 et l'élément conducteur 4.
Du fait des effets triboélectriques, l'élément diélectrique a une tendance naturelle à se charger jusqu'à une valeur maximale qui est proportionnelle à leur différence d'affinité triboélectrique. Ainsi, de manière très avantageuse, la quantité de charges présente dans l'élément diélectrique n'a, en pratique, pas besoin d'être contrôlée précisément. L'ordre de grandeur pour cette quantité est le mC/m2 et peut atteindre jusqu'à 10-15 mC/m2 maximum.
Sur les figures 2A et 2B, on peut voir un autre exemple de réalisation selon le premier mode de réalisation d'un dispositif de récupération d'énergie. Ce dispositif se distingue de celui des figures 1A et 1B, en ce que le premier et le deuxième éléments conducteurs sont recouverts chacun d'un élément diélectrique.
Le dispositif des figures 2A et 2B comportent un premier ensemble El et un deuxième ensemble E2'. Chaque ensemble comprend un premier élément conducteur 2 et un deuxième élément conducteur 4 disposés en vis-à-vis à une distance apte à varier sous l'influence d'un événement extérieur. Dans l'exemple représenté, seul le deuxième élément conducteur est mobile le long d'un axe Z.
Le premier élément conducteur 2 et le deuxième élément conducteur 4 sont recouverts respectivement d'un premier 6 et d'un deuxième 10 élément diélectrique. Les premier et deuxième éléments diélectriques sont alors disposés en vis-à- vis.
Les matériaux des premier 6 et deuxième 10 éléments diélectriques sont choisis de telle sorte qu'ils présentent des affinités triboélectriques différentes. L'un des matériaux a tendance à céder des électrons tandis que l'autre matériau a tendance à capter des électrons. Dans l'exemple représenté, c'est le matériau du deuxième élément diélectrique 10 qui a tendance à capter des électrons et le matériau du premier élément diélectrique 6 qui a tendance à céder des électrons. La présence et l'absence de charges (électrons) sont symbolisées par des signes - et + sur les figures 2A et 2B. Par exemple le premier élément diélectrique est en téflon et le deuxième élément diélectrique est en nylon ou en laine.
Le premier 2 et le deuxième 4 éléments conducteurs sont reliés électriquement par un circuit de consommation électrique 8.
Un condensateur de capacité Cl est alors formé entre le premier élément conducteur 2 et le premier élément diélectrique 6, un condensateur de capacité C2 est formé entre le deuxième élément conducteur 4 et le deuxième élément diélectrique 10, et un condensateur de capacité C3 est formé entre les premier 6 et deuxième 10 éléments diélectriques.
Dans cet exemple de réalisation, le deuxième ensemble E2' est mobile par rapport au premier ensemble El. Le montage mobile du deuxième ensemble E2' est tel que le déplacement est suffisant pour permettre au premier 6 et deuxième 10 éléments diélectriques d'entrer en contact, permettant un échange d'électrons.
Comme décrit pour l'exemple de réalisation des figures 1A et 1B, le premier élément diélectrique 6 et/ou le deuxième élément diélectrique 10 peut ou peuvent être chargés préalablement.
Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement de ce dispositif.
Le déplacement du deuxième ensemble E2' par rapport au premier ensemble El engendre une variation de capacité C3 entre les charges stockées sur chacun des éléments diélectriques 6, 10. Lorsque les deux ensembles El, E2' sont éloignés, chaque ensemble El, E2' a tendance à devenir neutre, les capacités Cl et C2 sont très supérieures à la capacité C3. Lorsque les ensembles El, E2' se rapprochent, ils se mettent sous influence l'un de l'autre et tendent à s'équilibrer l'un l'autre. Les charges stockées dans les éléments conducteurs sont alors en partie évacuées pour s'équilibrer, l'excédent d'électrons d'un des conducteurs va alors combler le déficit en électrons de l'autre conducteur via une circulation de courant au travers du circuit 8. A chaque fois que les éléments diélectriques 6, 10 entrent en contact, des électrons sont arrachés au premier élément diélectrique 6 et sont captés par le deuxième élément diélectrique 10.
Cet exemple de réalisation présente l'avantage d'offrir un plus grand choix de couples de matériaux à affinités triboélectriques différentes pour réaliser les éléments diélectriques, on pourrait par exemple choisir le nylon pour le premier élément diélectrique et le polypropylène pour le deuxième élément diélectrique.
Sur la figure 3, on peut voir un autre exemple de dispositif de récupération selon le premier mode de réalisation, dans lequel les premier et deuxième ensembles, au lieu d'être sous forme de plaque en vis-à-vis, sont chacun formés par une pluralité de fils.
Chaque ensemble comporte une pluralité de fils 100, chaque fil 100 du premier ensemble comporte une âme 102 en matériau conducteur électrique et une enveloppe en matériau diélectrique 106, et chaque fil du deuxième ensemble comporte une âme 104 en matériau conducteur électrique et une enveloppe en matériau diélectrique 110.
Les fils de chaque ensemble sont disposés côte à côte et les âmes conductrices sont connectées électriquement entre elles en série ou en parallèle. Dans la représentation, les fils sont disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, mais une réalisation dans laquelle les fils ne seraient pas disposés de manière strictement parallèle ne sort pas du cadre de la présente invention.
Comme dans le dispositif des figures 2A et 2B, les matériaux des enveloppes de chaque ensemble sont choisis de telle sorte qu'ils présentent des affinités triboélectriques différentes.
Des condensateurs de capacité Cl et C2 sont formés entre les âmes 102 et les enveloppes 106 et les âmes 104 et les enveloppes 110 des fils des premier et deuxième ensembles respectivement et un condensateur de capacité C3 est formé entre les enveloppes 106 et 110 des premier et deuxième ensembles.
Le fonctionnement de ce dispositif est similaire à celui du dispositif des figures 2A et 2B. Ce dispositif est particulièrement adapté à la réalisation de tissu. En effet on peut envisager de tisser les fils 100. Par exemple, les fils 100 forment les fils de trame et des fils classiques, par exemple en coton, forment les fils de chaîne. Le diamètre du fil conducteur pourra être compris entre 10 μιη et 300 μιη. L'épaisseur de l'enveloppe diélectrique pourra être comprise entre 10 nm et 1 mm.
On peut également envisager une structure textile tissée à partir de fils tels que décrits ci-dessus, pour réaliser un vêtement comme un chandail, une chemise, des jeans... Dans le cas d'un textile épais, par exemple d'épaisseur supérieure à 3 mm, il est possible de n'utiliser ces fils que pour réaliser la couche du textile qui vient en contact avec le deuxième ensemble afin de maximiser la capacité.
La réalisation de textile directement avec ces fils présente l'avantage par rapport à un textile formé d'une feuille en matériau conducteur déposée sur une face arrière d'un tissu classique, dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 mm, d'avoir les conducteurs électriques situés beaucoup plus proches de la zone de frottement qui se chargent électriquement, et ainsi d'obtenir une capacité électrique vis-à-vis de ces charges plus élevée.
Un dispositif comportant un ensemble formé de fils tels que décrit ci- dessus et un ensemble formé d'une plaque telle que décrit en relation avec les figures 1A, 1B ou 2A et 2B ne sort pas du cadre de la présente invention.
Sur la figure 4, on peut voir représenté un exemple d'un dispositif selon un second mode de réalisation, dans lequel les deux ensembles en vis-à-vis ne sont pas connectés électriquement.
Le dispositif de la figure 4 comporte deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, par exemple en éloignement le long de l'axe Z.
Le premier ensemble comporte deux éléments conducteurs 202, 202' isolés l'un de l'autre et recouverts chacun par un élément diélectrique 206, 206'. Les deux éléments conducteurs 202, 202' recouverts d'un élément diélectrique 206, 206' sont disposés l'un à côté de l'autre et sont solidaires l'un de l'autre.
Le deuxième ensemble comporte deux éléments conducteurs 204, 204' isolés l'un de l'autre et recouverts chacun par un élément diélectrique 210, 210'. Les deux éléments conducteurs 204, 204' recouverts d'un élément diélectrique 210, 210' sont disposés l'un à côté de l'autre et sont solidaires l'un de l'autre.
Les matériaux des éléments diélectriques d'un même ensemble sont choisis de telle sorte qu'ils présentent des affinités triboélectriques différentes.
Les deux ensembles sont disposés en vis-à-vis de sorte qu'un élément diélectrique 206, 206' soit sensiblement en face d'un élément diélectrique 210, 210' respectivement.
En outre, les matériaux des éléments diélectriques en face l'un de l'autre des deux ensembles sont choisis de telle sorte qu'ils présentent des affinités triboélectriques différentes. On peut choisir par exemple le même matériau diélectrique pour les éléments 206, 210' et le même matériau diélectrique pour les éléments 206', 210.
Les deux éléments conducteurs 202, 202' et 204, 204' de chaque ensemble sont connectés électriquement à travers un circuit consommateur 208, 208'
Le fonctionnement de ce dispositif est similaire à celui du dispositif des figures 2A et 2B, hormis le fait que le courant ne circule pas entre les deux éléments conducteurs mobiles l'un par rapport à l'autre.
Le nombre d'éléments conducteurs et d'éléments diélectriques n'est pas limité à deux et peut être supérieur à deux.
En variante, on peut envisager de ne récupérer l'énergie que sur un des deux ensembles uniquement, pour cela les éléments conducteurs de l'autre ensemble seraient branchés en court-circuit. L'énergie récupérée sur un ensemble est égale à l'énergie qui est récupérée dans la configuration de la figure 4. L'intégration de ce dispositif peut encore être améliorée, en réalisant des structures sous forme de fils comme dans l'exemple de la figure 3.
Sur la figure 5, on peut voir un autre exemple de réalisation du second mode de réalisation, comportant uniquement un premier ensemble similaire aux ensembles du dispositif de la figure 4, qui est disposé en vis-à-vis d'un troisième élément conducteur 212 présentant une affinité triboélectrique située entre celles des deux éléments diélectriques 206, 206'. Si on désigne par Al l'affinité triboélectrique de l'élément diélectrique 206, A2 l'affinité triboélectrique du troisième élément conducteur 212 et A3 l'affinité triboélectrique de l'élément diélectrique 206'. Les valeurs des affinités triboélectriques se classent comme suit :
A1>A2>A3 ou AKA2<A3
Ce qui signifie que, lorsque le troisième élément conducteur 212 entre en contact avec les éléments diélectriques 206, 206', il cède des électrons à l'élément diélectrique 206 d'affinité Al et capte des électrons de l'élément diélectrique d'affinité A3. Ces états de charge sont symbolisés par les signes - et +. Ainsi les deux éléments isolants 206, 206' sont de charges opposées, ce qui implique que les éléments conducteurs 202, 202' sont influencés par des charges opposées permettant la circulation d'électrons lorsque le troisième élément conducteur 212 se déplace par rapport au premier ensemble et que le circuit est refermé par une charge 8, comme cela sera décrit ci-dessous.
En variante, on pourra prévoir de recouvrir l'élément conducteur 212 avec un élément diélectrique qui présentera l'affinité triboélectrique située entre celles des éléments 206, 206'.
L'énergie est récupérée sur le premier ensemble.
Le fonctionnement est similaire à celui de la figure 4. Lorsque l'élément conducteur 212 est à distance du premier ensemble, chaque élément diélectrique 206, 206' s'équilibre avec l'élément conducteur qui le porte. Lorsque le troisième élément conducteur 212 se rapproche, les éléments diélectriques 206, 206' et l'élément conducteur 212 s'influencent. Le transfert d'électrons pour équilibrer les deux éléments conducteurs 202, 202' a lieu entre les deux éléments conducteurs 202, 202' via le circuit électrique de consommation de l'énergie 208. De l'énergie est alors récoltée sur le premier ensemble.
Sur la figure 6, on peut voir un exemple de réalisation dans lequel le premier ensemble comporte plus de deux éléments conducteurs et plus de deux éléments isolants. I l comporte une alternance d'éléments diélectriques 206, 206' ayant des affinités triboélectriques Al et A3. Dans l'exemple représenté, tous les éléments conducteurs 202 portant un élément diélectrique 206 d'affinité Al sont connectés ensemble et tous les éléments conducteurs 202' portant un élément diélectrique 206' d'affinité A3 sont connectés ensemble. Le circuit 208 connecte les éléments conducteurs 202, 202'. On peut envisager en alternative de relier individuellement un élément conducteur 202 à un élément conducteur 202' à travers un circuit.
Ce second mode de réalisation est particulièrement intéressant par exemple pour une application dans le domaine du textile, puisqu'il permet d'éviter d'utiliser des fils de grandes longueurs, l'énergie étant récupérée entre deux électrodes proches. Par exemple, dans le cas d'une intégration du dispositif de la figure 4 dans un chandail, le premier ensemble peut être dans une manche et le deuxième ensemble 2 peut être placé sur le corps du chandail en face du premier ensemble placé dans la manche. Il n'est alors plus nécessaire de faire passer un fil long entre les deux éléments. Son intégration est donc optimisée.
Sur la figure 7, on peut voir un exemple de réalisation permettant de récupérer l'énergie des mouvements relatifs à la fois le long de l'axe X et le long de l'axe Z.
Le premier ensemble comporte un support isolant 300 sur lequel sont réalisés des éléments conducteurs discrets recouverts d'un élément diélectrique 306 et le deuxième ensemble comporte un support isolant 300' sur lequel sont réalisés des éléments conducteurs 304 discrets. Le déplacement le long de l'axe X assure une variation de capacité des condensateurs formés par les éléments conducteurs 302, 304 en regard du fait de la variation de surface en regard. La variation de chevauchement est significative assurant une variation significative de capacité. De préférence, la variation de chevauchement entre les deux ensembles est d'au moins 20%, de sorte à provoquer une variation de capacité d'au moins 20%, de manière encore plus avantageuse d'au moins 40% de sorte à provoquer une variation de capacité d'au moins avantageusement 40%.
L'énergie est récupérée entre les éléments conducteurs 302 et les éléments conducteurs 304. Pour cela, tous les éléments conducteurs discrets 302 peuvent être connectés ensemble et tous les éléments conducteurs discrets 304 peuvent être connectés ensemble, ou chaque ou plusieurs éléments conducteurs peut ou peuvent être connecté(s) à un ou plusieurs éléments conducteurs 304 respectivement à travers un circuit. On peut envisager que les éléments conducteurs 304 frottent en permanence sur les éléments diélectriques 306 assurant une recharge de ces éléments diélectrique ou que le contact soit aléatoire.
Avantageusement, les surfaces en regard de ces ensembles sont planes, les éléments conducteurs et les éléments diélectriques affleurant les surfaces, ce qui facilite le frottement.
On peut envisager de réaliser des éléments conducteurs dont la forme permet une récupération d'énergie suivant trois axes, les axes X, Z et un troisième axe perpendiculaire aux axes X et Z. Sur la figure 12, on peut voir un dispositif de récupération dans lequel les matériaux formant le ou les éléments diélectriques 906, 910 présentent des propriétés de compressibilité le long de l'axe Z. Les deux éléments diélectriques 906, 910 sont portés par des éléments conducteurs 902, 904 et sont en contact permanent. La variation de capacité résulte de la compression des éléments diélectriques due à un mouvement le long de l'axe Z, et la recharge des éléments diélectriques est obtenue par un frottement dans le plan XY. Ce dispositif est particulièrement adapté à une application dans des vêtements, par exemple dans les doublures ou dans les chaussures, par exemple entre la semelle rapportée à l'intérieur de la chaussure et l'intérieur de la chaussure.
Sur les figures 8 à 11, on peut voir d'autres exemples de réalisation d'un dispositif de récupération dans lequel les deux ensembles ont un mouvement relatif de rotation.
Sur la figure 8, le premier ensemble forme un stator comportant un support isolant électrique 400, un élément conducteur 402 recouvert en partie pa r un élément diélectrique 406. Le deuxième ensemble forme un rotor mobile en rotation autour d'un axe Z, et comporte un support isolant 400' et un élément conducteur 404. Le rotor n'est pas parallèle au stator et est en contact avec celui-ci au niveau d'un bord 411 de sorte à assurer un contact/frottement entre l'élément conducteur du rotor et l'un des éléments diélectriques afin de les recharger. L'élément conducteur 404 du rotor et l'élément diélectrique 406 présentent des affinités triboélectriques différentes. Les éléments conducteurs 402, 404 sont connectés par un circuit électrique 408. Lorsque le rotor tourne, les capacités des condensateurs formés entre l'élément conducteur 404 et l'élément diélectrique 406 varient. Une circulation d'électrons a lieu entre les deux éléments conducteurs 402, 404 à travers le circuit électrique 408.
Sur la figure 9, on peut voir, vu de dessus, un stator dans lequel la face en regard du rotor est découpée en quatre quarts, deux quarts non successifs étant recouverts d'éléments diélectriques 406, les autres quarts étant formés par l'élément conducteur 402.
I l sera compris que les structures du stator et du rotor peuvent être échangées.
Sur les figures 10 à 12, on peut voir un autre exemple de réalisation de dispositif tournant. Dans cet exemple, le rotor est parallèle au stator. Le rotor est similaire au rotor de la figure 8. Le stator comporte par exemple une zone angulaire ZI de 180° en élément conducteur 502 recouvert d'un élément diélectrique 506 en contact avec l'élément conducteur du rotor 504 et une zone angulaire Z2 de 180° non recouverte d'un élément diélectrique et dont l'épaisseur de l'élément conducteur pourra être plus faible que celle de l'élément conducteur de la zone ZI. Ainsi lors de la rotation du rotor, l'élément conducteur 504 est en contact avec l'élément diélectrique 506 sur une surface d'un demi-disque, la capacité est maximale et la capacité est minimale sur l'autre demi- disque. En outre, la recharge de l'élément diélectrique 506 a lieu au niveau de la zone de frottement.
Sur la figure 11, on peut voir un autre exemple d'un dispositif de récupération tournant, comportant un rotor excentré. Le rotor qui forme le deuxième élément conducteur 604 est dans l'exemple représenté en forme de quart de disque, il présente alors un centre de gravité excentré par rapport à l'axe de rotation. Le stator comporte un élément conducteur 602 en forme de disque dont deux zones d'un quart de disque chacune sont recouvertes par un élément diélectrique 606, le rotor est en contact avec les éléments diélectriques 606, ce qui assure leur charge.
Un dispositif de récupération tournant dans lequel le rotor comporterait lui aussi un ou des éléments diélectriques ne sort pas du cadre de la présente invention. La tension de sortie du dispositif de récupération est alternative, elle est généralement élevée, par exemple plusieurs dizaines voire centaines de volts et le courant extractible est faible de l'ordre de 1 μΑ. Afin de pouvoir être utilisée par un circuit électronique, l'énergie électrique en sortie du système de récupération d'énergie est transformée en une tension plus faible, par exemple inférieure à 10 V, 3V continu par exemple.
On peut par exemple utiliser un convertisseur inductif, de type Flyback par exemple. Celui-ci est capable, sur un maximum (en valeur absolue) de tension aux bornes du dispositif, de transférer l'énergie électrique stockée sur ce dernier vers des moyens de stockage d'énergie, tels qu'une capacité, une batterie ou autres, servant de tampon énergétique entre le dispositif de production d'énergie et le circuit consommateur d'énergie, ce stockage peut notamment servir à stabiliser la tension de sortie. De façon à pouvoir utiliser l'énergie récupérée par le système de récupération d'énergie pour une application, on pourra imaginer un mode de fonctionnement intermittent avec stockage dans un buffer. Par exemple, les moyens de stockage accumulent de l'énergie jusqu'à ce que son niveau d'énergie stockée soit suffisant pour réveiller un circuit électronique, lui laisser le temps de réaliser un certain nombre d'opérations et de le remettre en veille.
L'invention pourrait alors être appliquée à l'alimentation de capteurs communicants capables d'effectuer une mesure, de la traiter et de la transmettre sans fil à un récepteur. Par exemple, on pourrait effectuer une mesure d'un paramètre physique, la traiter et l'envoyer par moyen radio dès que le niveau d'énergie stockée dans les moyens de stockage atteint un certain seuil. Si le stockage est de type capacitif, sa tension évolue en fonction de son état de charge, dans ce cas, soit on surdimensionne la capacité pour que la mesure/traitement/transmission n'engendre qu'une faible chute de tension, laissant cette dernière dans la plage de fonctionnement possible de l'électronique, soit on place un convertisseur supplémentaire en sortie de l'élément de stockage pour alimenter l'électronique avec une tension bien stabilisée lorsqu'elle n'est pas en veille. En ce qui concerne l'alimentation de l'électronique de gestion qui détecte le maximum de tension (en valeur absolue) aux bornes de la structure électrostatique et qui génère les signaux de commande des transistors du/des convertisseurs, elle peut être formé au départ directement par la sortie du dispositif de récupération d'énergie via un pont redresseur et un régulateur puis dès que la tension aux bornes de l'élément de stockage est suffisante, par les moyens de stockage.
Par ailleurs, les dispositifs de récupération d'énergie présentent une faible valeur de capacité, nécessitant une inductance de grande valeur et avec une très faible capacité parasite pour réaliser le transfert d'énergie du dispositif de récupération vers les moyens de stockage. Si on fait résonner la capacité du dispositif de récupération avec une inductance sur un quart de période de résonnance pour transférer l'énergie de cette capacité vers le circuit magnétique de l'inductance, alors le circuit magnétique voit une variation de flux à la fréquence de l/(2nV(LC)) qui peut être élevée si la capacité est très faible (< 10 pF), ce qui est source de pertes dans le noyau magnétique et de courants élevés dans l'inductance et dans les interrupteurs électroniques de pilotage, tels que les transistors, diodes. De manière avantageuse, on réalise un système comportant plusieurs dispositifs de récupération selon l'invention placés en parallèle, les dispositifs étant tels que l'apparition des maxima et minima de capacité entre leurs éléments conducteurs soient relativement synchronisés. Le système présente alors une valeur de capacité plus élevée, on limite ainsi les pertes d'énergie lors du transfert entre le dispositif et les moyens de stockage.
Nous allons maintenant décrire une application du dispositif des figures
1A et 1B à la récupération d'énergie dans un pneu de véhicule automobile. Les dispositifs des figures 2 à 7 pourraient être appliqués de manière similaire.
La récupération d'énergie de la rotation d'un pneu utilise les variations d'accélérations dans le pneu, sur la figure 13, on peut voir une représentation schématique d'un pneu P sur une route R sur laquelle sont repérées les différentes zones d'accélération sur le pneu P, et sur la figure 14, on peut voir représenté graphiquement l'accélération radiale en m. s"2 d'un point de la surface de roulement du pneu en fonction du temps.
On constate que, lors du roulage il existe des variations assez brutales d'accélération radiale ar au sein du pneu, notamment entre l'accélération radiale présente dans la partie du pneu qui n'est pas en contact avec la route et l'accélération radiale
quasi-nulle dans la partie en contact avec la route entre les points PI et P2.
Le dispositif de récupération d'énergie tel que celui de la figure 1A est fixé sur la partie intérieure de la bande de roulement du pneu par son premier élément conducteur 2. Une masse est fixée sur le deuxième ensemble de sorte à augmenter sa sensibilité à l'accélération centrifuge et par conséquent augmenter la puissance de sortie du système de récupération d'énergie. Le dispositif se déplace avec le pneu et subit les variations d'accélérations. Les variations rapides d'accélération créent l'équivalent de chocs au niveau de la structure masse-ressort (le deuxième élément conducteur 704 se comportant comme un ressort mécanique) qui se met à vibrer à sa fréquence de résonnance après être allée une ou plusieurs fois en butée. La présence des charges dans l'élément diélectrique 6 est alors assurée par un contact par intermittence entre l'élément diélectrique 6 et le deuxième élément conducteur 704.
Ce dispositif de récupération d'énergie présente un coût de revient réduit par rapport à ceux existants, puisqu'il n'utilise pas de matériaux coûteux tels que des aimants permanents, le cuivre ou encore des matériaux piézoélectriques.
Par ailleurs, puisque l'on autorise des contacts mécaniques entre les deux parties de la structure électrostatique, les variations de capacité électrique sont maximisées et par conséquent l'énergie électrique produite par cycle est maximisée.
En outre, on peut récupérer l'énergie quelle que soit la vitesse de roulage, contrairement aux dispositifs connus qui sont réalisés de manière rigide pour éviter le contact entre les deux parties, ce qui empêche une récupération d'énergie à faible vitesse.
Avantageusement, l'énergie électrique ainsi générée peut être utilisée pour alimenter des capteurs disposés dans les pneus, par exemple des capteurs de pression.
Le pneu pourrait être équipé de plusieurs dispositifs de récupération répartis régulièrement dans le pneu. De manière très avantageuse, il est possible à partir des caractéristiques du courant et de la tension récupérés d'obtenir des informations sur le roulage.
Sur la figure 15 est représentée la variation du courant électrique i en μΑ récupéré dans un pneu avec un dispositif des figures 1A et 1B selon l'invention en fonction du temps t en secondes.
Les informations qu'il est possible d'obtenir sur le roulage sont par exemple la longueur de la zone de contact en mesurant le temps écoulé entre deux chocs proches désigné par te sur la figure 15, i.e. le temps écoulé entre l'entrée en contact et la sortie du contact d'un point du pneu avec la route, la vitesse de rotation à partir de la fréquence des chocs « éloignés », espacés dans le temps désigné par tl.
On peut même envisager d'obtenir des mesures de pression à partir de la fréquence et de la vitesse de décroissance de la réponse impulsionnelle désignée par Ri. En effet, plus la pression est importante, plus l'amortissement de la structure vibrante est important et plus sa fréquence d'oscillation est élevée. En mesurant la fréquence d'oscillation, on peut en déduire la pression.
Sur les figures 16, 17, 18A et 18B, on peut voir plusieurs exemples de réalisation de structures de dispositifs permettant le rapprochement et l'éloignement des deux ensembles du dispositif, particulièrement adaptées à la mise en œuvre dans un pneu. Il sera compris que ces différentes structures peuvent être appliquées dans tous domaines et à tout système apte à mettre en mouvement au moins l'un des éléments conducteurs.
Sur la figure 16, le dispositif comporte un support rigide 16 entre le premier élément conducteur 2 et le deuxième élément conducteur 704. Une masse 14 est solidaire du deuxième élément conducteur 704. Le deuxième élément conducteur 704 est réalisé de telle sorte qu'il se déforme sous l'action de l'accélération radiale lorsque la zone de la bande de roulement à laquelle il est fixé n'est pas en contact avec la route. En se déformant (le profil du deuxième élément conducteur 704 lors de sa déflexion est représenté en pointillé), le deuxième élément conducteur 704 se rapproche de l'élément diélectrique 6. Il reprend ensuite sa place ou se met en vibration à sa fréquence de résonance lorsque la zone de la bande de roulement entre en contact avec la route. Le deuxième élément conducteur 704 se rapproche et s'éloigne de l'élément diélectrique 6, ce qui génère une circulation d'électrons dans le circuit 8. Le deuxième élément conducteur 704 entre aléatoirement en contact avec l'élément diélectrique 6 et le recharge.
Sur la figure 17, on peut voir un autre exemple de réalisation, dans lequel le support 18 entre le premier 2 et le deuxième élément conducteur 4 est souple et c'est sa déformation sous l'effet de la force centrifuge qui permet le rapprochement entre l'élément diélectrique 6 et le deuxième élément conducteur 4. Une masse 14 est solidaire du deuxième élément conducteur 4. Le support 18 présente des propriétés d'élasticité pour assurer le retour en position repos du dispositif en l'absence d'une force centrifuge, i.e. lorsque la zone à laquelle le dispositif est fixé est en contact avec la route.
Ce dispositif présente l'avantage de pouvoir utiliser des éléments conducteurs rigides en mouvement parallèle, ce qui maximise la variation de capacité. En effet, les surfaces en regard mobiles l'une par rapport à l'autre sont constantes lors des mouvements, contrairement au dispositif de la figure 16 dans lequel les surfaces en regard diminuent lorsque le deuxième élément conducteur 704 se déforme.
Sur les figures 18A et 18B, on peut voir un autre exemple de structure. Dans cet exemple, le premier élément 802 présente un profil incurvé qui suit la forme du pneu P et est relativement souple pour suivre la déformation de la bande de roulement. Quant au deuxième élément conducteur 4, il est rigide et plan. En variante, le deuxième élément conducteur 4 est flexible et se déforme comme le premier élément 802 en présence d'accélérations centrifuges, le premier élément 802 pouvant lui-même être flexible et suivre la forme du pneu.
Lorsque la zone à laquelle le dispositif est fixé n'est pas en contact avec la route, le premier élément conducteur 802 présente son profil incurvé, le deuxième élément conducteur 4 est donc écarté de l'élément diélectrique 806 (figure 18A). Lorsque la zone à laquelle le dispositif est fixé entre en contact avec la route, la bande de roulement se déforme pour s'aplatir, ce qui a pour effet de rendre sensiblement plan le premier élément conducteur 802 qui entre en contact avec le deuxième élément conducteur 4 via l'élément diélectrique 806 (figure 18B). La capacité est maximale lorsque la zone à laquelle le dispositif est fixé est en contact avec la route, contrairement aux dispositifs de figures 16 et 17.
Dans la variante de réalisation où le deuxième élément conducteur 4 est également flexible, celui-ci se conforme à la surface du pneu en présence d'accélération centrifuge et reprend sa forme d'origine dans la zone de contact avec la route qui correspond à son état de repos. En outre, le deuxième élément conducteur 4 peut être en état de repos bombé de façon à être plus éloigné du premier élément conducteur 802 en état de repos même si le premier élément conducteur 802 tend à s'aplatir dans la zone de contact avec la route.
II sera compris que les différentes structures des figures 16 à 18 pourraient être combinées : par exemple un support souple tel que celui de la figure 17 pourrait être associé à un élément conducteur souple.
Par exemple, le dispositif peut être collé à l'intérieur de la chambre à air ou directement intégré dans la bande de roulement du pneu. L'accélération radiale aura tendance à le maintenir en place en le projetant vers l'extérieur.
Comme cela a déjà été décrit ci-dessus, le dispositif selon la présente invention peut être appliqué à l'industrie textile et être intégré à des vêtements pour récupérer l'énergie des mouvements relatifs des membres d'une personne, par exemple les mouvements entre les deux jambes, entre les bras et le tronc, et dont les parties de vêtement dont ils sont recouverts frottent l'une contre l'autre. Selon l'invention, ce frottement est mis à profit pour recharger le ou les éléments diélectriques.
Par exemple, on peut récupérer l'énergie du déplacement relatif des jambes qui s'éloignent et se rapprochent régulièrement au cours de la marche grâce à un pantalon équipé d'un dispositif de récupération selon l'invention. Sur la figure 19, on peut voir représenté schématiquement un pantalon P muni d'un dispositif de récupération selon l'invention qui est celui de la figure 2A, mais ceci n'est en aucun cas limitatif. Le pantalon est reproduit en pointillés, il est bien entendu que le dispositif n'est pas à l'échelle. Le pantalon peut comporter une jambe avec un premier élément conducteur recouvert d'un tissu textile formant l'élément diélectrique et une jambe dont la surface extérieure est conductrice formant le deuxième élément conducteur.
En variante, le pantalon peut comporter une jambe avec un premier élément conducteur recouvert d'un tissu textile à forte affinité d'électrons formant un élément diélectrique et une jambe avec un deuxième élément conducteur recouvert d'un tissu textile donneur d'électrons formant un autre élément diélectrique. Dans cette configuration on favorise, de par le frottement et de par des textiles à affinités triboélectriques différentes, le transfert et donc l'accumulation de l'excès ou du déficit en électrons sur chacune des jambes. Plusieurs dispositifs de récupération peuvent équipés un même vêtement.
Comme cela a déjà été décrit dans le cadre du second mode de réalisation, la mise en œuvre de fils conducteurs avec une enveloppe en matériau diélectrique permet de rapprocher les éléments conducteurs de la zone de frottement qui se charge électriquement et permet ainsi d'obtenir une capacité électrique vis-à-vis de ces charges plus élevées. Par ailleurs, les éléments conducteurs étant complètement isolés, ce mode de réalisation permet de protéger l'utilisateur de contacts directs avec ceux-ci lorsqu'ils sont chargés.
De manière similaire aux exemples d'application à la récupération d'énergie dans un pneu, il est possible de développer des structures avec des géométries différentes et reprenant le même principe de conversion.
De plus, comme dans le cas de l'application au pneu, il est possible de collecter des informations sur le mouvement de la personne portant le vêtement. Par exemple, il est possible de compter les pas ou la distance entre les pas, par exemple en disposant le dispositif au niveau de la jambe, ou encore de mesurer l'activité physique d'une personne, par exemple pour déterminer la perte d'autonomie ou non d'une personne âgée.
Le dispositif de récupération d'énergie peut également être appliqué à différents dispositifs existants d'utilisation quotidienne ce qui permet de maximiser l'énergie collectée. Par exemple, le dispositif peut être intégré dans les pages d'un cahier ou d'un livre. A titre d'exemple, certaines feuilles contiendraient dans leur épaisseur un élément conducteur plan et d'autres seraient conductrices en surface ou seraient réalisés dans un autre matériau diélectrique avec une affinité triboélectrique différente de celle du papier des pages, par exemple en téflon, en PVDF... et contenant aussi un élément conducteur plan dans leur épaisseur.
En variante, les pages du cahier seraient toutes en papier et le recto ou le verso de chaque page serait conducteur. Par exemple, une couche d'aluminium serait déposée sur le verso de chaque page. La récupération d'énergie peut alors se faire entre les zones conductrices des pages qui se suivent, puisque l'aluminium a plutôt tendance à céder des charges et le papier a plutôt tendance à capter des charges.
Nous allons maintenant donner un exemple numérique dans le cas de l'application de l'invention à un chandail représenté sur la figure 20.
I l est possible de fabriquer des dispositifs simples comportant deux plaques ou films d'aluminium et d'un film de téflon.
Ce dispositif est mis en place dans un chandail dans une zone située au niveau des côtes de la personne qui porte le chandail de sorte à utiliser le frottement entre le corps du chandail et les manches.
En première approximation, la puissance de sortie de ce système est égale à P=V2.dC/dt où V est le potentiel de surface de l'électret et dC/dt la variation de capacité de la structure, i.e. la variation de capacité électrique entre les deux électrodes conductrices.
Sur la figure 20, on peut voir le dispositif appliqué au chandail en vue de côté et en vue de face
Dans l'exemple représenté, la variation de capacité est obtenue par une variation de surface par déplacement latérale de surfaces dû au balancement des bras par rapport au corps.
Considérons que l'électret a une épaisseur d égale à ΙΟΟμιη, une constante diélectrique de 2 (cas du téflon) et un potentiel de surface de 1000 V. L'élément conducteur 4 et l'élément diélectrique 6 ont une surface commune S qui dépend de la position de la manche par rapport au corps du chandail et qui variera par exemple lors de la marche.
Ainsi : C=ee0S/d et dC/dt =(ee0/d) x (dS/dt)
En supposant que le dispositif a une surface de 1 cm2 et que la fréquence du mouvement de balancement des bras d'avant en arrière est de 1 Hz, la puissance de sortie est de:
P = 17,68 μνν/cm2.
Si on prend un dispositif dont la surface est 1 dm2 on pourra récupérer une puissance 100 fois supérieure, à savoir 1,7 mW.
La même puissance générée sera sensiblement la même si on considère le mode de fonctionnement avec des mouvements de mise en contact et d'éloignement, par exemple par écartement et rapprochement latéraux des bras du corps.
Nous allons maintenant décrire des exemples de procédé de réalisation d'un pneu muni du dispositif de récupération.
Grâce à l'invention, nous pouvons développer des structures très simples de récupération d'énergie appliquées au pneu.
Lors d'une première étape, on réalise un premier ensemble en déposant une couche d'aluminium sur un film de téflon. La couche d'aluminium forme le premier élément conducteur et le film de téflon forme le premier élément diélectrique.
Lors d'une étape suivante, le film de téflon recouvert d'aluminium est placé dans un bâti en matériau plastique, ce qui permet de maintenir en place le film et de prendre le contact sur la métallisation du film de téflon, le bâti étant muni de contacts électriques adaptés.
Lors d'une étape suivante, une feuille d'aluminium formant le deuxième élément conducteur du deuxième ensemble est disposé dans le bâti et est positionnée au-dessus du film de téflon dont la face recouverte d'aluminium est la face arrière, de sorte à ménager un entrefer d'air entre les le téflon et la feuille d'aluminium.
Lors d'une étape suivante, une masse est collée sur la feuille d'aluminium. Les premier et deuxième éléments conducteurs sont ensuite reliés à un circuit électronique.
Enfin, le système complet est encapsulé et intégré dans le pneu.
Nous allons maintenant décrire deux exemples de procédé de réalisation d'un objet textile. De même que dans le cas du pneu, il est possible de développer des structures de récupération d'énergie très simples.
Le procédé de réalisation selon un premier exemple de réalisation comporte une étape de fabrication d'une feuille conductrice recouverte de téflon formant un premier ensemble.
Ensuite, la feuille ainsi réalisée est intégrée sur le corps du chandail dans une zone située en face des manches.
Lors d'une autre étape, on intègre une autre feuille conductrice dans la manche du chandail formant un deuxième ensemble, en face de la feuille recouverte de téflon intégré au corps du chandail.
Enfin, les deux feuilles conductrices sont reliées à un circuit électronique qui exploite l'énergie électrique produite.
Le procédé de réalisation selon un deuxième exemple de réalisation comporte une étape de fabrication de fils de cuivre entourés de téflon formant un premier ensemble, et de fabrication de fils de cuivre entourés de nylon formant un deuxième ensemble.
Dans une étape suivante, on réalise l'intégration des fils de cuivre entourés de téflon dans le corps du chandail dans une zone située, en face des manches.
Dans une étape suivante, on réalise l'intégration des fils de cuivre entourés de nylon dans la manche du chandail, en face des fils entourés de téflon.
Enfin les fils de cuivre des deux ensembles sont reliés à un circuit électronique qui exploite l'énergie électrique produite lors des mouvements de la personne portant le chandail.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de récupération d'énergie au moyen d'un dispositif de récupération d'énergie comportant un premier et un deuxième ensemble placés en vis-à-vis et mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier ensemble comportant au moins un premier élément conducteur (2, 102, 302, 402) et un premier élément diélectrique (6, 106, 306, 406, 506) porté par le premier élément conducteur (2, 102, 302, 402, 802), et le deuxième ensemble comportant au moins un deuxième élément conducteur (4, 104, 304, 404, 504), ledit premier élément diélectrique (6, 106, 306, 306', 406, 506) étant disposé entre le premier (2, 102, 302, 402) et le deuxième (4, 104, 304, 404) élément conducteur, ledit premier élément diélectrique (6, 106, 306, 306', 406) pouvant entrer en contact avec une partie du deuxième ensemble et dans lequel le matériau du premier élément diélectrique (6, 106, 306, 306', 406) et le matériau de la partie du deuxième ensemble avec laquelle le premier élément diélectrique entre en contact présentent des affinités triboélectriques différentes, le procédé présentant les étapes suivantes :
- précharge du premier élément diélectrique du premier ensemble, la charge de ce premier élément diélectrique étant en tout ou partie apportée par un effet triboélectrique lors d'une mise en contact du premier élément diélectrique et un élément du deuxième ensemble appelé élément de contact ;
- déplacement relatif des premier et deuxième ensembles entre une première position, dite de contact, pour laquelle le premier élément diélectrique préchargé est en contact avec ledit élément de contact du deuxième ensemble et présente une première surface de contact et une deuxième position, dite éloignée, pour laquelle ledit élément de contact du deuxième ensemble est éloigné du premier élément diélectrique de sorte qu'ils ne sont plus en contact ou qu'ils présentent une deuxième surface de contact inférieure à ladite première surface de contact, ce déplacement induisant une variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur ;
- circulation, pendant ledit déplacement, d'un courant entre le premier élément conducteur du premier ensemble et un circuit électrique, ce courant étant induit par ledit déplacement relatif des premier et deuxième ensembles et induisant une énergie électrique dans le circuit électrique.
2. Procédé de récupération selon la revendication 1, dans lequel ladite variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur lors dudit déplacement est au moins égale à 20% de la valeur de capacité dans la position dite de contact.
3. Procédé de récupération selon la revendication 2, lequel ladite variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur lors dudit déplacement est au moins égale à 40% de la valeur de capacité dans la position dite de contact.
4. Procédé de récupération selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel dans la position de contact, un premier état d'équilibre apparaît entre le premier conducteur, le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur, et dans la position éloignée, un deuxième état d'équilibre apparaît entre le premier élément diélectrique et le premier élément conducteur, le passage du premier état d'équilibre à l'autre provoquant la circulation d'un courant électrique entre le premier élément conducteur du premier ensemble et le circuit électrique
5. Dispositif de récupération d'énergie comportant un premier et un deuxième ensemble placés en vis-à-vis et mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier ensemble comportant au moins un premier élément conducteur (2, 102, 302, 402) et un premier élément diélectrique (6, 106, 306, 406, 506) porté par le premier élément conducteur (2, 102, 302, 402, 802), et le deuxième ensemble comportant au moins un deuxième élément conducteur (4, 104, 304, 404, 504), ledit premier élément diélectrique (6, 106, 306, 306', 406, 506) étant disposé entre le premier (2, 102, 302, 402) et le deuxième (4, 104, 304, 404) élément conducteur, ledit premier élément diélectrique (6, 106, 306, 306', 406) pouvant entrer en contact avec une partie du deuxième ensemble et dans lequel le matériau du premier élément diélectrique (6, 106, 306, 306', 406) et le matériau de la partie du deuxième ensemble avec laquelle le premier élément diélectrique entre en contact présentent des affinités triboélectriques différentes, le premier élément diélectrique du premier ensemble étant apte à présenter une charge obtenue en tout ou partie par un effet triboélectrique lors d'une mise en contact du premier élément diélectrique et un élément du deuxième ensemble appelé élément de contact , le dispositif permettant un déplacement relatif des premier et deuxième ensembles entre une première position, dite de contact, pour laquelle le premier élément diélectrique préchargé est en contact avec ledit élément de contact du deuxième ensemble et présente une première surface de contact et une deuxième position , dite éloignée, pour laquelle ledit élément de contact du deuxième ensemble est éloigné du premier élément diélectrique de sorte qu'ils ne sont plus en contact ou qu'ils présentent une deuxième surface de contact inférieure à ladite première surface de contact, ce déplacement induisant une variation de capacité entre le premier élément diélectrique et le deuxième élément conducteur, le dispositif comprenant en outre un circuit électrique relié au premier élément conducteur de sorte qu'un courant électrique est apte à circuler, pendant ledit déplacement, entre le premier élément conducteur du premier ensemble et le circuit électrique, ce courant étant induit par ledit déplacement relatif des premier et deuxième ensembles et induisant une énergie électrique dans le circuit électrique.
6. Dispositif de récupération selon la revendication 5, dans lequel le circuit électrique relie le premier élément conducteur et le deuxième élément conducteur.
7. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 6, dans lequel le deuxième élément conducteur (4) forme la partie du deuxième ensemble avec laquelle le premier élément diélectrique (6) entre en contact.
8. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 6, dans lequel le deuxième ensemble comporte un deuxième élément diélectrique (10, 110) porté par le deuxième élément conducteur (4, 104), et disposé entre le premier élément diélectrique (6, 106) et le deuxième élément conducteur (4, 104), le deuxième élément diélectrique (10, 110) formant la partie avec laquelle le premier élément diélectrique (6, 106) entre en contact.
9. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 5, comportant un premier et un deuxième ensemble en vis-à-vis, dans lequel le premier ensemble comporte au moins une paire d'éléments conducteurs (202, 202') adjacents recouverts chacun par un élément diélectrique (206, 206'), les deux éléments diélectriques (206, 206') ayant des affinités triboélectriques différentes, et le deuxième ensemble comportant au moins un deuxième élément conducteur (212) ayant une affinité triboélectrique classée entre les affinités triboélectriques des deux éléments diélectrique (206, 206') du premier ensemble, dans lequel le circuit électrique relier les au moins deux éléments conducteurs (202, 202') du premier ensemble.
10. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 9, dans lequel le deuxième ensemble est formé par un élément conducteur (212) recouvert d'un élément diélectrique.
11. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 9, dans lequel chacun des premier et deuxième ensembles comporte au moins une paires de deux éléments conducteurs adjacents (202, 202', 204, 204') recouverts chacun par un élément diélectrique (206, 206', 210, 210'), les deux éléments diélectriques (206, 206', 210, 210) de chaque paire ayant des affinités triboélectriques différentes, et les éléments diélectriques (206, 210, 206', 210') en vis-à-vis ayant des affinités triboélectriques différentes, et dans lequel le circuit électrique est connecté entre les éléments conducteurs de chaque paire.
12. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 9, dans lequel chacun des premier et deuxième ensembles comporte au moins une paires de deux éléments conducteurs adjacents (202, 202', 204, 204') recouverts chacun par un élément diélectrique (206, 206', 210, 210'), les deux éléments diélectriques (206, 206', 210, 210') de chaque paire ayant des affinités triboélectriques différentes, et les éléments diélectriques (206, 210, 206', 210') en vis-à-vis ayant des affinités triboélectriques différentes, les éléments conducteurs du deuxième ensemble étant en court-circuit.
13. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 12, dans lequel les premier et deuxième ensembles sont plans et sont parallèles, au moins l'un des premier et deuxième ensembles étant monté sur un châssis de sorte à se déplacer au moins perpendiculairement à l'autre ensemble conducteur.
14. Dispositif de récupération selon l'une des revendications 5 à 12, dans lequel les premier et deuxième ensembles sont plans et sont parallèles et dans lequel le premier ensemble est structuré et le deuxième ensemble est structuré de sorte que, lors d'un déplacement du premier et/ou du deuxième ensemble selon une direction parallèle aux premier et deuxième ensembles, une variation de capacité se produit entre le ou les éléments diélectriques (306) du premier ensemble et le deuxième ensemble.
15. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 12, dans lequel le premier et/ou le deuxième ensemble comportent une pluralité de fils (100) comprenant chacun une âme (102, 104) et une enveloppe (106, 110), l'âme (102, 104) formant un élément conducteur et l'enveloppe (106, 110) formant un élément diélectrique.
16. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 15, dans lequel les fils (100) sont tissés.
17. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 16, dans lequel au moins le deuxième ensemble est souple de sorte à se rapprocher du premier ensemble sous l'effet d'une force extérieure et à entrer en contact avec le premier élément lorsque ladite force extérieure présente une intensité suffisante.
18. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 17, dans lequel le premier et le deuxième ensemble sont maintenus par un support (18), ledit support (18) étant tel qu'il se déforme élastiquement pour rapprocher le premier ensemble et le deuxième ensemble sous l'effet d'une force extérieure et à les mettre en contact lorsque ladite force extérieure présente une intensité suffisante.
19. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 18, dans lequel le premier ensemble a une forme incurvée en l'absence d'application d'une force extérieure et est à distance du deuxième ensemble, ledit premier ensemble étant déformé par application d'un force extérieure et venant en contact avec le deuxième ensemble.
20. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 16, dans lequel les deux ensembles sont en contact permanent.
21. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 20, dans lequel le ou les éléments diélectriques (906, 910) sont compressibles.
22. Dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 21, dans lequel au moins l'un des ensembles a un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation.
23. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 22, dans lequel les premier et deuxième ensembles ont la forme de disque, au moins l'une des ensembles étant mobile en rotation autour de son axe, les axes des premier et deuxième ensembles étant sécants, les deux ensembles étant en contact permanent par leurs bords, le disque du premier ensemble étant divisé en secteurs angulaires, des secteurs angulaires étant recouverts par du premier élément diélectrique (406) et des secteurs angulaires n'étant pas recouverts par du premier élément diélectrique.
24. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 22, dans lequel les premier et deuxième ensembles sont parallèles, le premier ensemble ayant la forme d'un disque et étant divisé en secteurs angulaires, des premiers secteurs angulaires étant recouverts par le premier élément diélectrique (406) et des deuxièmes secteurs angulaires étant ou n'étant pas recouverts par le premier élément diélectrique, les premiers secteurs angulaires étant en contact permanent avec le deuxième ensemble.
25. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 24, dans lequel le deuxième ensemble a la forme d'un disque, les axes des disques étant confondus avec l'axe rotation.
26. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 22, dans lequel le deuxième ensemble est tournant et a la forme d'un secteur angulaire mobile en rotation autour de l'axe rotation.
27. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 6, dans lequel le premier élément diélectrique (6) est en téflon et le deuxième élément conducteur (4) est en aluminium.
28. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 7, dans lequel le premier élément diélectrique (6) est en téflon et le deuxième élément diélectrique (10) est en nylon ou en laine.
29. Système comportant au moins deux dispositifs de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 28 connectés en parallèle ou série.
30. Système comportant au moins un dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 5 à 28 et des moyens de stockage de l'énergie récupérée avant son transfert au circuit d'utilisation.
31. Système selon la revendication 29 ou 30, comportant au moins un capteur communicant capable d'effectuer une mesure, de la traiter et de la transmettre par moyen radio à un récepteur dès que la quantité d'énergie stockée dans le moyen de stockage est supérieure à un seuil donné.
32. Vêtement comportant au moins un dispositif selon l'une des revendications 5 à 28 ou un système selon la revendication 29, 30 ou 31, le premier ensemble et le deuxième ensemble étant portés par deux pièces du vêtement en vis-à-vis et destinées à se déplacer l'un par rapport à l'autre et à entrer en contact, par exemple ces deux pièces étant formées par deux jambes d'un pantalon (20).
33. Vêtement selon la revendication 32, comportant des moyens de traitement de la variation du courant ou de la tension électrique récupérée en fonction du temps pour déterminer des informations sur le déplacement relatif des pièces du vêtement.
34. Pneu pour véhicule automobile comportant au moins un dispositif de récupération selon l'une des revendications 1 à 28 ou un système selon la revendication 29, 30 ou 31, l'un des ensembles du dispositif étant fixé sur une face intérieure d'une bande de roulement du pneu.
35. Pneu selon la revendication 34, comportant des moyens de traitement de la variation du courant ou de la tension électrique récupérée en fonction du temps pour déterminer des informations sur le pneu, telles que la vitesse de rotation, la pression, la température ou l'accélération.
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