En plus de résister aux conditions extrêmes, chaque capteur peut transmettre des informations sur l'activité sismique sur de longues distances, jusqu'à 20 kilomètres de son emplacement en zone interurbaine. Ces informations sont consultables sur tout appareil connecté à Internet. En résumé, ce nouveau capteur, breveté, permet de détecter les séismes et d'alerter en cas de danger grâce à un système très économique, peu énergivore et résistant aux intempéries.
Dans le but d'améliorer les systèmes de surveillance des séismes et ainsi d'améliorer les informations fournies au public et aux autorités compétentes concernant le risque sismique auquel ils sont exposés à un moment et un endroit donnés, des chercheurs de l'UPM et d'IMDEA Materials, experts en conception de capteurs, ont fabriqué et testé un nouveau capteur sismique basé sur l'effet triboélectrique.
Plus précisément, en collaboration avec le Service de données sismiques de l'IGN, des chercheurs – dirigés par José Sánchez del Río du Groupe de recherche sur les matériaux structuraux avancés et les nanomatériaux de l'UPM – ont testé au CEDEX la corrélation entre les mesures de vibrations obtenues avec le nouveau capteur placé à la surface d'une table vibrante triaxiale et celles obtenues par les capteurs MEMS (systèmes microélectromécaniques) habituellement utilisés dans le réseau national de capteurs sismiques de l'IGN. Les résultats ont montré une forte similarité entre les deux signaux, démontrant ainsi l'utilité du nouveau capteur.
Les principaux composants du nouveau capteur sismique sont des transducteurs triboélectriques. Fabriqués au sein du laboratoire Matériaux de l'IMDEA, dirigé par le chercheur De-Yi Wang, ces transducteurs sont constitués de deux couches de polymère présentant des électronégativités opposées, obtenues par divers traitements chimiques. Au contact de ces couches, une énergie électrique à haute tension est générée sans source externe. Cette caractéristique leur vaut également l'appellation de nanogénérateurs triboélectriques (TENGS).
a) Principe de fonctionnement du TENG et du capteur sismique. b) Signaux générés par les vibrations. c) TENG et MEMS sur le banc d'essai CEDEX. Source : UPM.
Le capteur sismique comprend également une masse inertielle positionnée au-dessus du transducteur triboélectrique, ce qui lui permet de détecter les vibrations selon l'axe Z. Le département de conception mécanique industrielle de l'École d'ingénierie et de design industriel de l'Université polytechnique de Madrid (ETSIDI-UPM), dirigé par Francisco Santos Olalla et Rafael Cascón Porres, est actuellement responsable de la conception mécanique pour la détection 3D, en collaboration avec l'étudiante Alba López Laguna. De plus, ces nouveaux capteurs sismiques sont capables de détecter des vibrations de très faible amplitude (5 mg) et de haute fréquence (300 Hz). José Sánchez del Río, avec David Patrizi et Álvaro Merodio, également étudiant à l'ETSIDI, ont vérifié que les signaux de vibration pouvaient être transmis sur de longues distances et visualisés en ligne via l'Internet des objets (IoT).
En résumé, et selon le chercheur José Sánchez del Río : « Ce nouveau capteur sismique permet de détecter les séismes et d’alerter en cas de danger grâce à un système très économique, basse consommation et résistant aux conditions difficiles. Les utilisateurs potentiels vont des grandes entreprises aux PME, en passant par les particuliers et les responsables des systèmes nationaux de détection des séismes. »
J. Sánchez del Río, A. Yusuf, Xiang Ao, I. Astarloa Olaizola, L. Urbelz López-Puertas, MY. Ballesteros, R. Giannetti, V. Martínez, JL Jiménez, JB Bravo Monge, Xiaosui Chen, De-Yi Wang. TENGS haute résolution pour la détection des mouvements du sol en cas de tremblements de terre, Nano Energy, 102, novembre 2022. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107666
Ce résultat est protégé par un brevet déposé auprès de l'Office espagnol des brevets et des marques : un système de détection sismique.
https://www.upm.es/recursosidi/offers-resources/patentes/un-sistema-de-deteccion-sismico/?_sf_s=sísmico&_sft_product_cat=patentes&sort_order=date desc
.
