FIESTA — Transitions Ferroélectrique-Ferroélectriques Induites par la Contrainte pour Applications dans les Capteurs et la Récupération d’Energie

FIESTA propose d’étudier l’applicabilité des transitions ferro-ferro induites par la contrainte dans les matériaux ferroélectriques avec deux applications-cibles : des filtres acoustiques avec saut de bande et des récupérateurs d’énergie basse échelle pour les systèmes auto-alimentés. L’intérêt du projet repose à la fois sur des besoins socio-économiques et les questionnements scientifiques associés. Concernant le premier aspect, l’avènement de nouvelles voies de télécommunication (5G ou Internet des Objets par exemple) a confirmé les enjeux d’intégration et d’alimentation énergétique. Plus précisément, la réduction du nombre de filtres requis pour la sélection fréquentielle améliorerait drastiquement l’intégration tout en réduisant la consommation. Parallèlement, la récupération d’énergie, qui vise à fournir une source d’énergie viable et durable lorsque les piles conventionnelles ne peuvent satisfaire à ces critères (environnements isolés/confinés ou relativement sévères), a pris de l’importance avec la diffusion de réseaux de capteurs sans fils. Cependant, les puissances de sortie ne permettent pas toujours d’assurer des opérations fiables. Pour contrer ces limitations, FIESTA propose une approche transdisciplinaire et une recherche scientifique originale liée aux défis sociétaux. Le projet, découpé en trois Work Packages scientifiques et deux techniques, englobe tous les domaines associés, du matériau (WP2) à l’application (WP1, WP5) en passant par les aspects mécaniques (WP3) et électriques (WP4). Le cœur de FIESTA est notamment de transformer ce qui est classiquement considéré comme une limitation (transitions de phase dans les ferroélectriques) en avantage pour obtenir des filtres à saut de bande ainsi que des microgénérateurs efficaces (gain d’une décade). Les objectifs du projet visent à étudier ces transitions de phase et les combiner avec les aspects mécaniques et électriques pour l’obtention de systèmes globalement optimisés. Les interfaces entre chaque discipline seront d’une importance capitale afin d’assurer des avancées scientifiques de première importance. En particulier, la combinaison des non-linéarités intrinsèques du matériaux avec celles rapportées par l’interface électrique via la structure mécanique, conduisant à des non-linéarités multi-échelles, est un aspect innovant de FIESTA. FIESTA procurera aussi des avancées significatives dans chacun des domaines scientifiques. Sur l’aspect matériau, proposant un socle commun aux autres axes, la compréhension des mécanismes de transitions par la contrainte permettra le développement de matériaux pertinents. Le projet englobera céramiques et cristaux (films), notamment à base de KTN dont la température de Curie proche de l’ambiante facilite la transition, ainsi que les polymères (PVDF et dérivés) nécessitant des contraintes réduites. D’un point de vue mécanique, des structures permettant de convertir une déformation en forte contrainte seront développées (flextenseurs inversés ou à travers d’impacts incluant des mécanismes de conversion de fréquence). Tirant partie des propriétés uniques des matériaux développés, les aspects électriques s’attacheront au développement de convertisseurs auto-synchrones originaux permettant des cycles énergétiques vertueux, tout en assurant un démarrage à froid grâce à la polarisation rémanente après transition. Les partenaires du consortium de FIESTA possèdent une expertise internationalement reconnue ainsi qu’une expérience solide en gestion de projet. Ils présentent également une forte volonté, démontrée et pertinente, de promouvoir une recherche transdisciplinaire, avec une excellente connaissance des interfaces entre les disciplines. Les retombées de FIESTA englobent à la fois des aspects résolument scientifiques originaux, au travers d’innovations transdisciplinaires ainsi que dans chacun des champs concernés, tout en promouvant leurs applications dans des dispositifs liés aux défis actuels dans le domaine de l’énergie.