Matière plastique sous tension

Article du 26 juin 2015 

Actionneur de grande efficacité énergétique en matière plastique

Le polyuréthane est une matière plastique dont a été fabriqué par exemple le ballon pour la coupe du monde au Brésil 2014. Dans la recherche chez Festo, le polyuréthane est utilisé en liaison avec le graphite comme élément d'entraînement (actionneur) innovant.

Un actionneur transforme des signaux électriques en mouvements mécaniques, par exemple pour ouvrir et fermer une soupape. Dans les soupapes classiques, l'actionneur est un électroaimant. Dans le cadre du projet DIELASTAR, Festo étudie les actionneurs élastomères diélectriques (DEA), qui sont constitués de plusieurs couches de polyuréthane et de graphite.

300 couches ultrafines

Dans le cadre du projet, Festo utilise les DEA comme éléments de circuit dans des soupapes commandant le flux d'air dans des installations pneumatiques. « Un tel DEA, explique Metin Giousouf, directeur du projet de recherche chez Festo, est constitué de 300 couches de polyuréthane superposées extrêmement minces. Le polyuréthane est un élastomère que nous utilisons comme feuille en matière plastique spécialement modifiée.

» L'épaisseur d'une couche mesure environ 0,05 millimètre, soit la moitié d'un cheveu humain. Les couches empilées forment un petit parallélépipède de la taille d'un morceau de sucre d'un genre très particulier. Car des électrodes ultrafines en graphite sont pulvérisées entre les couches en polyuréthane. « Les électrodes sont disposées en alternance, de sorte qu'un champ électrique peut se former dans l'élastomère, dès qu'une tension électrique est appliquée, » explique Tobias Pointner, qui travaille également sur le projet de recherche. Grâce à la flexibilité des couches de polyuréthane, les électrodes chargées différemment s'approchent l'une de l'autre. L'actionneur complet en est raccourci et ouvre la soupape.

Contrairement aux soupapes électromagnétiques, il ne se forme pas de chaleur, car le courant ne traverse que brièvement les électrodes pour les charger. Ainsi, une soupape commandée par un DEA n'a pas besoin de courant pour maintenir sa position (courant de maintien). Par conséquent, ce type de soupape fonctionne avec une très grande efficacité énergétique. Néanmoins, actuellement, pour activer le DEA, il faut encore une tension de quelque 2 000 volts, soit environ 80 fois plus que la tension de service requise pour les composants industriels standard. C'est pourquoi les travaux de recherche accordent une attention particulière à réduire la tension électrique.

Avantages des actionneurs élastomères diélectriques

La régulation de la tension électrique appliquée au DEA modifie le passage d'air dans la soupape pneumatique, permettant ainsi de contrôler les positions « ouverte » et « fermée » (mode de fonctionnement proportionnel). Les soupapes classiques à actionneurs électromagnétiques peuvent être soit entièrement ouvertes, soit entièrement fermées. Un autre avantage des soupapes à DEA repose dans les faibles coûts de matériel pour le polyuréthane et le graphite. Un démonstrateur du projet de recherche illustre ces propriétés positives : il montre l'actionneur DEA proportionnel et son efficacité énergétique en comparaison avec une soupape classique à entraînement électromagnétique.

Vous pouvez voir le démonstrateur dans la vidéo.