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Des capteurs céramiques piézoélectriques

La céramique piézoélectrique est utilisée pour convertir des paramètres mécaniques tels que pression et accélération en paramètres électriques ou inversement pour convertir des signaux électriques en déformations ou vibrations mécaniques.

 

Les propriétés mécaniques et électriques de ce type de composant en font d’excellents capteurs que l’on retrouve dans de nombreuses applications de l'industrie automobile telles que capteurs de cliquetis et du niveau d'huile ou comme actionneurs pour contrôler la précision des injections dans les moteurs. En technologie médicale, les composants en céramique piézoélectrique se trouvent dans les lithotriteurs, les appareils pour l’élimination de plaque dentaire et dans les inhalateurs.

 

Les applications courantes en ingénierie mécanique sont le nettoyage par ultrasons, soudage par ultrasons et amortissement actif de vibrations. Dans le cadre des activités de recherche menées au sein de l’Institut Clément Ader, ce type de capteur céramique piézoélectrique est utilisé pour contrôler l’évolution de l’effort serrage dans un assemblage boulonné afin de réduire la dispersion de la consigne de serrage associé au moyen du serrage (clé dynamométrique, visseuse, clé à choc pneumatique…).

 

La problématique de défaillance des assemblages boulonnés est générale et s’étend à tous les secteurs de leur utilisation. Dans l’aéronautique, on peut dénombrer jusqu’à 3500 liaisons boulonnées sur les moteurs (gamme des CFM56), plus de 50000 sur un avion Rafale et voire jusqu’à 3 000 000 de liaisons sur un airbus A380.

 

L’enjeu majeur est de diminuer le risque de défaillance de ce type de liaison par une perte de l’effort de serrage qui peut engendrer un dévissage.

En intégrant un mini-capteur céramique piézoélectrique sur la vis et en y associant un moyen de mesure par ultrasons, il est possible d’améliorer la précision du serrage en contrôlant directement l’effort de tension dans la vis, à l’installation du serrage des pièces assemblées.

 

 

Ces fixations dites intelligentes peuvent également être considérées comme des capteurs passifs embarqués pour prévenir d’un éventuel événement critique. On les retrouve sur des zones stratégiques d’assemblage comme dans les moteurs d’avions, l’énergie éolienne offshore et terrestre, les structures aéronautiques et dans l’industrie automobile.

 

 

Contact : Alain DAIDIE, alain.daidie @ insa-toulouse.fr