Brevet FR3138557A1 — publié le 20240202

Le dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante (DR1) comprend un transducteur d’énergie acoustique en énergie électrique (TE), un convertisseur de courant alternatif en courant continu (AC/DC ; CAD), un stockeur d’énergie électrique (BAT) et un convertisseur de courant continu en courant alternatif (DC/AC ; CDA). Fig.1 DISPOSITIF DE RÉCUPÉRATION DE L’ÉNERGIE ACOUSTIQUE AMBIANTE L’invention concerne de manière générale le domaine de la récupération énergétique. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante. La récupération de l’énergie perdue dans l’environnement est un axe de recherches qui s’est fortement développé ces dernières années avec les objectifs de transition énergétique et de développement durable. Le bruit ambiant est une énergie mécanique vibratoire qui est dissipe en pure perte dans l’environnement et qui pourrait être récupérée, contribuant ainsi à un meilleur mix énergétique pour les activités humaines. Dans les environnements urbains, le bruit ambiant est omniprésent et est subi comme une pollution à fort impact sur la santé publique qu’il convient de réduire. Dans une étude publiée en juin 2021 du CNB (Centre National du Bruit) et de l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie), le coût social du bruit en France a été évalué à 147 milliards d’euros. Différentes solutions sont connues et mises en pratique pour lutter contre le bruit. Ainsi, les murs routiers anti-bruit présents dans les villes le long des axes routiers à forte circulation sont bien connus des citadins et ont pour objectif de protéger les habitations proches contre les nuisances sonores dues aux véhicules. Les piscines publiques, les stades accueillant des évènements sportifs et bien d’autres lieux où se concentre la population sont fortement générateurs de bruit et intègrent de plus en plus des systèmes de réduction du bruit. Des solutions anti-bruit sous la forme de revêtement muraux, de panneaux à base de mousse acoustique et autres sont également proposées pour réduire les nuisances dues au bruit dans l’habitat. De manière générale, la réduction du bruit dans les solutions anti-bruit existantes est obtenue au moyen de structures acoustiques passives d’amortissement qui convertissent l’énergie acoustique en chaleur dissipée dans l’air ambiant. Cette chaleur dissipée est perdue et ne contribue qu’au réchauffement climatique. L’entité inventive considère que la conversion de l’énergie acoustique du bruit en une énergie électrique est une voie prometteuse. Le bruit pourrait être valorisé par des dispositifs récupératifs en une énergie électrique aisément exploitable pour les activités humaines, via les réseaux d’alimentation électrique et/ou des unités de batteries assurant un stockage statique d’énergie. L’exploitation à grande échelle de dispositifs récupératifs assurant une conversion du bruit ambiant en électricité serait indubitablement une bonne solution pour réduire la pollution sonore. De tels dispositifs récupératifs de type à énergie positive seraient aptes à remplacer les solutions anti-bruit actuelles avec des bilans énergétique et économique plus favorables. L’état de la technique ne fournit pas d’enseignement substantiel sur la récupération d’énergie à partir du bruit ambiant. Le document WO2017152630A1 décrit un dispositif de stockage d’énergie dans lequel une énergie mécanique est convertie en énergie électrique par un générateur électrique à friction. Le document WO2014190470A1 traite de la charge d’une batterie électrique à partir d’un bruit électromagnétique généré par un dispositif. L’invention a pour objet de fournir un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante. Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante comprenant un transducteur d’énergie acoustique en énergie électrique, un convertisseur de courant alternatif en courant continu, un stockeur d’énergie électrique et un convertisseur de courant continu en courant alternatif. Selon une caractéristique particulière, le stockeur d’énergie électrique est réalisé par recyclage d’un pack batterie de véhicule automobile. Selon une forme de réalisation particulière, le transducteur comprend une membrane vibrante sensible aux ondes acoustiques, un caisson de résonance et une bobine électrique ayant un noyau mobile couplé à la membrane, la membrane étant agencée au niveau d’une face ouverte du caisson de résonance et fermant celle-ci. Selon une autre forme de réalisation particulière, le transducteur est de type piézoélectrique. Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le transducteur est réalisé sous la forme d’un panneau comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires d’énergie acoustique en énergie électrique et le convertisseur de courant alternatif en courant continu comprend une pluralité de convertisseurs élémentaires de courant alternatif en courant continu associés respectivement à la pluralité de transducteurs élémentaires. L’invention concerne aussi un mur anti-bruit routier et un bâtiment équipé d’au moins un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante tel que décrit brièvement ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La est un bloc-diagramme simplifié d’une première forme de réalisation d’un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante selon l’invention. La est un bloc-diagramme simplifié d’une deuxième forme de réalisation d’un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante selon l’invention. Comme montré à la , une première forme de réalisation particulière DR1 d’un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante selon l’invention comprend essentiellement un transducteur d’énergie électroacoustique TE, un premier convertisseur électrique CAD, un stockeur d’énergie électrique BAT et un deuxième convertisseur électrique CDA. Le transducteur d’énergie électroacoustique TE intégré dans cette forme de réalisation est de type électromagnétique et comprend notamment une membrane vibrante ME, une bobine électrique BOB munie d’un noyau central NO typiquement en ferrite, et un caisson de résonance CA. La membrane ME est agencée au niveau d’une face ouverte du caisson CA et ferme celle-ci. La bobine BOB et son noyau NO son contenu à l’intérieur du caisson CA. Le noyau central NO est mobile et est fixé par une face à une zone centrale de la membrane ME. La membrane ME vibre sous l’excitation de l’onde acoustique OA. Les vibrations acoustiques sont amplifiées dans le caisson de résonance CA. La membrane ME actionne en mouvement le noyau central NO. Le mouvement du noyau central NO induit une tension VF de force électromotrice qui est générée entre les bornes de la bobine BOB. Le convertisseur électrique CAD est un convertisseur de courant alternatif en courant continu (AC/DC) et comprend typiquement un pont de redressement (non représenté) ayant un faible seuil de tension. Le convertisseur électrique CAD reçoit en entrée la tension induite VF fournie par la bobine BOB et convertit celle-ci en une tension continue redressée VD. Le stockeur d’énergie électrique BAT, par exemple de type Li-ion, est chargé à partir de la tension continue VD. Le stockeur d’énergie électrique BAT permet un stockage statique sous forme électrique de l’énergie récupérée de l’onde acoustique OA, pour répondre à un besoin ultérieur de consommation électrique. De manière générale, on notera que la disponibilité des batteries électriques est appelée à s’accroître fortement dans les années à venir du fait notamment de la décarbonisation programmée dans différents secteurs d’activités, réduisant ainsi le montant des investissements nécessaires pour la mise en place d’unités de batteries pour le stockage électrique de l’énergie récupéré. Ainsi, dans l’industrie automobile par exemple, les packs batteries intégrés dans les chaînes de traction électrique, une fois arrivés en fin de vie dans les véhicules, sont disponibles à moindre coût et sont recyclables pour une utilisation moins exigeante, comme le stockage statique d’énergie. Les dispositifs de récupération de l’énergie acoustique ambiante selon l’invention pourront offrir une seconde vie à ces packs batteries issus des véhicules électrifiés et contribuer ainsi à une revalorisation de ceux-ci. Le convertisseur électrique CDA est un convertisseur de courant continu en courant alternatif (DC/AC) et comprend typiquement un pont de commutation (non représenté). Typiquement, ce pont de commutation est formé de transistors de type « MOSFET ». Le convertisseur électrique CDA produit une tension alternative d’alimentation VA à partir d’une tension continue VB fournie entre les bornes du stockeur d’énergie électrique BAT. La tension alternative d’alimentation VA, par exemple de type monophasée 220V ou triphasée 380V selon l’application, est fournie en sortie du convertisseur électrique CDA et est utilisée pour répondre à des besoins locaux d’autoconsommation BAC et/ou pour une réinjection directe IRE de l’énergie récupérée dans un réseau alternatif d’alimentation électrique tel que le réseau électrique public. En référence à la , une autre forme de réalisation DR2 d’un dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante selon l’invention se différencie de la forme de réalisation DR1 de la par la présence notamment d’un panneau de transduction d’énergie PE. Le panneau de transduction d’énergie PE, de même que le transducteur d’énergie TE dans le dispositif DR1, est chargé de la conversion de l’énergie acoustique de l’onde OA en énergie électrique. Comme visible à la , le panneau de transduction d’énergie PE comprend une pluralité de transducteurs d’énergie élémentaires Te qui produisent respectivement une pluralité de tension Vf en réponse à la réception de l’onde OA. Les tensions Vf fournies par le panneau PE sont redressées par une unité de conversion de courant alternatif en courant continu UAD. L’unité UAD comprend une pluralité de convertisseurs élémentaires AC/DC, associés respectivement à la pluralité de transducteurs d’énergie élémentaires Te, pour redresser individuellement les tensions Vf. Un courant continu redressé ID délivré par les convertisseurs élémentaires AC/DC, connectés en parallèles et/ou série dans l’unité UAD, charge le stockeur d’énergie électrique BAT. Le stockeur d’énergie électrique BAT et le convertisseur électrique CDA associé, de même que dans le dispositif DR1 de la , fournissent la tension alternative d’alimentation VA pour répondent aux besoins locaux d’autoconsommation BAC et/ou pour une réinjection directe IRE de l’énergie récupérée dans un réseau alternatif d’alimentation électrique. Le dispositif DR2, avec son panneau de transduction d’énergie PE, est une forme de réalisation de l’invention qui est bien adaptée par exemple pour la réalisation d’un mur anti-bruit routier à récupération d’énergie ou pour être plaquée contre un mur extérieur d’un bâtiment ou autres. On notera que le ou les transducteurs d’énergie utilisés dans le dispositif de l’invention ne sont pas limités à des transducteurs électroacoustiques, avec membrane et bobine, comme le transducteur TE décrit en référence à la . Différents types de transducteurs pourront être utilisés, comme des transducteurs piézoélectriques par exemple, selon les applications. De préférence, l’installation d’un dispositif selon l’invention sur un site bruyant donnera lieu à une analyse préalable du spectre fréquentiel du bruit émis et à la détermination de la bande fréquentielle portant un maximum d’énergie acoustique. Un transducteur d’énergie adapté sera ensuite sélectionné sur le critère de sa bande passante qui devra être en adéquation avec le spectre fréquentiel du bruit sur le site. L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention. Dispositif de récupération de l’énergie acoustique ambiante comprenant un transducteur d’énergie acoustique en énergie électrique (TE, PE), un convertisseur de courant alternatif en courant continu (AC/DC ; CAD, UAD), un stockeur d’énergie électrique (BAT) et un convertisseur de courant continu en courant alternatif (DC/AC ; CDA). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit stockeur d’énergie électrique (BAT) est réalisé par recyclage d’un pack batterie de véhicule automobile. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit transducteur (TE) comprend une membrane vibrante (ME) sensible aux ondes acoustiques (OA), un caisson de résonance (CA) et une bobine électrique (BOB) ayant un noyau mobile (NO) couplé à ladite membrane (ME), ladite membrane (ME) étant agencée au niveau d’une face ouverte dudit caisson de résonance (CA) et fermant celle-ci. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit transducteur (Te) est de type piézoélectrique. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit transducteur (PE) est réalisé sous la forme d’un panneau comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires d’énergie acoustique en énergie électrique (Te) et ledit convertisseur de courant alternatif en courant continu (UAD) comprend une pluralité de convertisseurs élémentaires de courant alternatif en courant continu (AC/DC) associés respectivement à ladite pluralité de transducteurs élémentaires (Te). Mur anti-bruit routier équipé d’au moins un dispositif (DR1, DR2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5. Bâtiment équipé d’au moins un dispositif (DR1, DR2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.