PDF (Chapitres 4 et 5, Conclusion, Bibliographie et Annexes)

Lire
la première partie
de la thèse
●Introduction générale
●Chapitre 1 :
Utilisations de vibrations dans des
systèmes actuels
●Chapitre 2 :
Physique du frottement sec

Lire
la seconde partie
de la thèse
●Chapitre 3 :
La lubrification électroactive :
Contrôle du frottement par
contact actif

Chapitre 4
Les actionneurs pi´ezo´electriques
197

198 4. Les actionneurs pi´ezo´electriques
4.1 Introduction
Le moteur de la lubrification active est selon nos hypoth`eses l’introduction de
vibrations au sein mˆeme du contact et du processus de friction. La g´en´eration
de ces vibrations peut provenir de diff´erentes technologies. M´ecaniquement,
par des syst`emes de cames rotatives ou grˆace `a des balourds mont´es sur des
excentriques, des vibrations m´ecaniques de fortes amplitudes sont r´ealisables. La
taille des dispositifs vibrant est souvent cons´equente et complexe `a l’instar d’un
syst`eme de distribution d’un moteur thermique. Nous pourrions envisager un
syst`eme de cames suppl´ementaires dispos´ees sur les flancs de la chemise 4.1. Une
came lat´erale viendrait taper contre la chemise et activer la lubrification active.
Cependant, les vitesses de rotation m´ecaniques exig´ees (∼100 000 tr.min−1)
sont difficilement faisables et posent des probl`emes de refroidissement des chemises.
Fig. 4.1 – Activation du contact par came m´ecanique.
Les actionneurs ´electriques offrent de tr`es bonnes aptitudes `a la conversion
d’´energie. L’acheminement de l’´energie est beaucoup plus flexible que pour une
transmission m´ecanique. Sa transformation est statique, plus ais´ee et tr`es peu
volumineuse. Nous avons choisi dans notre ´etude de recourir aux actionneurs
´electroactifs et particuli`erement les actionneurs pi´ezo´electriques. Nous mettons
alors en œuvre une lubrification ´electroactive.
Ce chapitre permet de justifier l’emploi de c´eramiques pi´ezo´electriques. Ensuite,
nous expliciterons les points fondamentaux pour un dimensionnement adapt´e des
actionneurs et de leur alimentation. Enfin, nous entamerons une r´eflexion sur l’in-
t´egration de notre dispositif dans une monoplace de Formule 1 et ses r´epercutions.

4.2. Choix d’une technologie d’actionneur adapt´ee 199
4.2 Choix d’une technologie d’actionneur adap-
t´ee
Parmi le large panel de technologies d’actionneurs, nous avons `a d´eterminer
laquelle est la plus apte `a r´epondre au cahier des charges d´efini par notre mod´e-
lisation de lubrification active. Les actionneurs ´electromagn´etiques repr´esentent
`a eux seuls la plus grande partie des actionneurs actuellement utilis´es. La forte
recherche et les d´eveloppements dont ils furent l’objet depuis le d´ebut de XXeme
si`ecle ont permis une r´eduction des coˆuts et une augmentation des performances
impressionnantes. Mˆeme pour des actionnements sp´ecifiques et particuliers, comme
des mouvements aller-retour ou `a fraction angulaire comme des essuies glaces,
les constructeurs font appel `a des moteurs rotatifs associ´es `a des m´ecanismes
de transformation du mouvement (bielle/manivelle,...). Le d´eveloppement de
structures pens´ees directement pour simplifier ou pour s’int´egrer `a la fonction
reste marginal car beaucoup plus ch`ere que l’utilisation de composants g´en´eriques
(moteurs asynchrones ou synchrones `a aimants permanents).
D’apr`es la figure 4.2, nous pouvons faire un tri parmi les diverses solutions
disponibles de nos jours [Nog05, Jen98]. La contrainte sp´ecifique repr´esente la
10−2 10−1 100101102103104
10−5
10−4
10−3
10−2
10−1
100
101
102
103
1 MW/m3
10 MW/m3
100 MW/m3
1000 MW/m3
Ceramique piezoelectrique PZT
Ceramique magnetostrictive
PVDF
P(VDF−TrFE)
Fibre piezo−composite
AMF
Moteur a onde progressive
Turboalternateur 1500MW
Micromoteur a effet electrique
Actionneur hydraulique
Muscle biologique
Vitesse de d´eformation relative ˙ S(s−1)
Effort sp´ecifique (MP a)
Fig. 4.2 – Courbe effort sp´ecifique (M P a) en fonction de la vitesse de d´eformation
relative ˙ S(s−1) pour diff´erentes classes d’actionneurs ´electriques [Nog05, Nog].
capacit´e d’une technologie `a d´evelopper des efforts pour un volume donn´e (la
contrainte limite d´evelopp´ee au sein du mat´eriau). La vitesse de d´eformation
relative repr´esente la rapidit´e `a laquelle un actionneur peut se d´eformer ramen´e
`a son encombrement i.e. v
L. Elle est le produit de la pulsation (ω= 2πf) par
la d´eformation relative ( ˙ Sen ppm). Le produit de ces deux grandeurs donne la