Metamaterials for energy harvesting at small scale

Métamatériaux pour la récupération d'énergie à petite échelle L'exigence croissante des petits capteurs et dispositifs électroniques autonomes en énergie à faible puissance a propulsé l'émergence de technologies de récupération d'énergie basées sur les vibrations ambiantes, en tant que domaine d'intérêt majeur pour la recherche.Pour une récupération efficace de l'énergie, il est nécessaire de développer des systèmes capables de transmettre et de piéger les vibrations (et l'énergie qu'elles entraînent) dans un domaine à support compact.Les cristaux phononiques et les matériaux périodiques localement résonnants, s'ils sont correctement conçus, peuvent être utilisés pour développer des systèmes de récupération d'énergie basés sur les vibrations, en exploitant la présence de bandes interdites dans leur spectre, c'est-à-dire des intervalles de fréquences correspondant à des ondes atténuées.A l'aide d'un cristal de masse-en-masse, nous identifions d'abord les rôles des principaux paramètres du problème de la propagation des ondes dans ces deux classes de métamatériaux. Ensuite, nous utilisons une technique d'homogénéisation à deux échelles pour dériver leur comportement effectif à une échelle sous-longueur d'onde. En particulier, les matériaux localement résonnants sont analysés, étant caractérisés par la présence de bandes interdites déjà à un régime sous-longueur d'onde.Visant à focaliser l'énergie mécanique dans une zone confinée aux basses fréquences, nous introduisons une cavité dans des matériaux localement résonnants, jouant le rôle d'un défaut de périodicité et aboutissant à la formation de modes localisés à des fréquences à l'intérieur d'une bande interdite. Nous montrons que les ondes mécaniques traversant ces métamatériaux défectueux peuvent être piégées dans le défaut, où l'énergie s'accumule et se concentre.Dans la dernière partie du manuscrit, en utilisant un câble avec des masses attachées périodiquement, nous montrons comment ce système se comporte comme un métamatériau et nous validons expérimentalement les effets d'atténuation et de localisation.Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur le comportement dynamique des milieux périodiques défectueux à utiliser dans les systèmes de récupération d'énergie, ce qui rend ce travail pertinent à la fois pour les domaines théoriques et pratiques.