Étude approfondie de la réponse piézoélectrique de composites à base de PVDF soumis à un régime de large déformation pour la récupération d'énergie

Les polymères flexibles et robustes à base de PVDF sont des matériaux piézoélectriques étudiés dans le monde entier pour la conception de nouveaux générateurs piézoélectriques autonomes. La compétition pour obtenir le PVDF ou un dérivé composite le plus efficace est en cours.Pour mieux comprendre comment des modifications de matériaux influencent la Figure de Mérite de la piézoélectricité dans les polymères, notre première considération est qu’il y a une différence importante entre le mode de fonctionnement des générateurs électriques constitués de films de polymère ou de cristaux solides. Concernant les polymères, la mesure de la réponse piézoélectrique est optimisée dans un régime de large déformation. A partir des équations constitutive de Curie linéaires, un modèle analytique décrivant la réponse piézoélectrique des piézomatériaux flexibles a été développé. Ce modèle démontre notamment une réponse piézoélectrique non linéaire par rapport à la pression appliquée. La réponse piézoélectrique suivrait une loi en puissance 2/3 de l’excitation mécanique.Pour obtenir un régime de large déformation sur des piézopolymères flexible, un nouveau dispositif expérimental a été adapté en mode de tests de renflement. Couplé à une excitation mécanique sinusoïdale, il nous a permis de confronter les résultats théoriques aux mesures expérimentales.La combinaison d’irradiations aux ions lourds rapides et d’ingénierie des matériaux sur des films minces de piézoPVDF permet de multiplier l’élaboration de divers composites à base de PVDF. À partir de matrices de PVDF nanoporeux obtenues après « track-etching » chimique, il a été possible de remplir les traces d’ions « etchées » avec des nanofils piézoélectrique de ZnO, mais aussi, avec des nano-objets hybrides comme des Metal Organic Frameworks (MOF). Ces nouveaux composites ont été caractérisés par spectroscopies FTIR, UV-visible, par MEB, MET, AFM, DRX et par des mesures diélectriques.Une validation expérimentale du modèle analytique a été menée en étudiant indépendamment le piézoPVDF commercial polarisé comme référence et les composites nanostructurés à base de PVDF.