Des films ultra-minces pourraient remplacer les composants lourds et énergivores des haut-parleurs actuels, allégeant ainsi les systèmes et les rendant plus respectueux de l'environnement. Cela faciliterait non seulement le travail des techniciens et des opérateurs de scène qui doivent installer des tours de haut-parleurs dans les stades et les salles de concert, mais pourrait également réduire la consommation d'électricité dans des millions de foyers. Les transducteurs magnétiques des systèmes de sonorisation et des haut-parleurs de scène consomment beaucoup d'électricité. Il n'est pas rare que la puissance atteigne des centaines de milliers de watts lors de grands événements. Mais la consommation d'énergie des installations audio domestiques (chaînes hi-fi ou home cinéma) est également considérable. La plupart d'entre nous savent à quelle vitesse une enceinte sans fil doit être rechargée.
Or, la nouvelle technologie développée par le professeur Stefan Seelecke et son équipe de recherche du Laboratoire des systèmes de matériaux intelligents de l'Université de la Sarre et du ZeMA (Centre de mécatronique et de technologies d'automatisation) de Sarrebruck est bien plus économe en énergie. Leur technologie ne repose pas sur des matériaux coûteux et difficiles à obtenir ; Il suffit d'un film de silicone, de noir de carbone et d'une unité de contrôle intelligente. Ces nouveaux systèmes d'entraînement à base de films offrent la possibilité de créer des haut-parleurs aux formes inédites. Nos matériaux intelligents, composés d'élastomères diélectriques, ouvrent la voie à une refonte complète de nos connaissances en acoustique. « Ces systèmes pourraient contribuer à rendre la technologie des haut-parleurs plus durable et à l'orienter vers de nouvelles perspectives », a déclaré le professeur Stefan Seelecke.
Le champ des applications potentielles est très vaste. Par exemple, les films pourraient être intégrés à des textiles muraux pour annuler activement le bruit ambiant, ou, portés sur soi, émettre des signaux acoustiques. L'équipe de recherche de Sarrebruck présentera sa technologie au salon de Hanovre de cette année, où elle cherchera des partenaires commerciaux et industriels pour poursuivre la recherche et le développement de cette technologie en vue de nouvelles applications. Cette technologie
repose sur de fins films de silicone recouverts d'une couche conductrice, créant ainsi des élastomères diélectriques qui ne nécessitent que de très faibles quantités d'énergie électrique pour fonctionner. En modulant le champ électrique appliqué, l'équipe de recherche parvient à faire vibrer l'élastomère à hautes fréquences ou à lui faire effectuer des mouvements de flexion variables en continu. Enroulé, le film élastomère peut servir de nouveau type de haut-parleur, remplaçant ainsi les électroaimants ou aimants permanents, lourds et énergivores, qui actionnent les diaphragmes. « Ces haut-parleurs offrent des basses riches.
Une couche d'électrodes à base de noir de carbone, très flexible, est imprimée sur les deux faces du film de silicone », explique le professeur Paul Motzki, qui a mené des recherches dans ce domaine en tant que postdoctorant au sein de l'équipe de Seelecke. « En appliquant une tension à l'élastomère, les électrodes s'attirent, comprimant le polymère et provoquant son expansion latérale, ce qui augmente sa surface », explique Motzki, aujourd'hui professeur interinstitutionnel de systèmes de matériaux intelligents pour la production innovante à l'Université de la Sarre et au ZeMA, où il dirige le pôle de recherche « Systèmes de matériaux intelligents ». Du fait de cette contraction, ces feuilles de polymère sont également qualifiées de muscles artificiels. À chaque changement de forme, la capacité électrique du film se modifie. Chaque valeur de capacité correspond à une position précise du film. Ce dernier devient ainsi un capteur à part entière. En combinant les données de mesure avec des algorithmes intelligents, l'équipe peut programmer des séquences de mouvements extrêmement rapides et contrôler précisément le comportement du film élastomère. En modifiant le champ électrique appliqué, les chercheurs peuvent faire pulser, osciller ou fléchir le film à la fréquence souhaitée.
Le film peut également générer une ou plusieurs tonalités acoustiques par superposition de fréquences de vibration, transformant ainsi le film élastomère en un véritable haut-parleur. Selon l'application, le film peut servir à la fois de système d'entraînement et de générateur de son. « Nous pouvons développer des solutions techniques aux formes et aux designs inédits, incroyablement compactes, de quelques millimètres seulement », explique Sophie Nalbach, qui a travaillé sur les films intelligents dans le cadre de sa thèse de doctorat au sein du groupe du professeur Seelecke et qui dirige aujourd'hui l'équipe de recherche « Systèmes de matériaux intelligents » au ZeMA. Bien que ces films ne déplacent pas suffisamment d'air pour égaler les performances des haut-parleurs conventionnels actuels, ils pourraient être intégrés à des textiles capables d'émettre des signaux d'alerte sonore.
Contexte :
La technologie présentée ici a été étudiée et développée dans le cadre de plusieurs projets de recherche doctorale. Les résultats ont été publiés dans diverses revues scientifiques. Ces travaux de recherche ont également bénéficié du soutien de nombreuses sources. Par exemple, le gouvernement du Land de Sarre a apporté un soutien financier via le projet BEAT, un projet collaboratif avec l'entreprise saroise Stamer GmbH, et via le projet iSMAT du FEDER (Fonds européen de développement régional). Un financement de l'UE a été octroyé sous forme de bourse de recherche Marie Curie.
L'équipe du professeur Seelecke travaille actuellement sur plusieurs projets de recherche visant à développer ces systèmes d'entraînement à base de feuilles pour diverses applications, notamment leur interconnexion afin qu'ils puissent communiquer et coopérer collectivement. Pour ce faire, les chercheurs devront doter les surfaces et les interfaces de nouvelles fonctionnalités, ce qui nécessitera une miniaturisation accrue de la technologie.
