Effet piézoélectrique :
Certains cristaux (quartz, céramiques souvent à base de titane et plus actuellement PZT, BaTiO3 ) possèdent des propriétés électriques et mécaniques particulières :
- Si on soumet ses surfaces à une force ou une pression, une polarisation du cristal des charges électriques apparaissent.
- Réciproquement si on applique une tension électrique sur le quartz, celui-ci se déforme.
Cette propriété est employée pour réaliser des capteurs de force et de pression, mais les matériaux piézoélectriques sont essentiellement utilisés pour effectuer des mesures dynamiques de chocs, de variations brusques de pression ou encore d'accélérations.
Dans un piezo ,on a \( {E_p} = \delta \frac{{\Delta x}}{x} \) et \( U = \delta \Delta x \)
- \( E_p \) le champ créé en V/m
- \( \frac{{\Delta x}}{x} \) la déformation relative
- \( \delta \) le coefficient piézoélectrique (V/m) (valeurs caractéristiques \( 10^7 \) à \( 10^9 \))
Pour un quartz \( U=10V \) pour une déformation de \( 10^{-9} cm \)
La charge électrique apparue sur une face est faible pour le quartz mais nettement plus importante avec les céramiques (plus de cent fois plus grande). La tension u dépend de l'épaisseur de la lamelle de cristal.
Domaines d'utilisation
- Mesure de pulsations cardiaques
- Mesure de forces (donc de poids et de masses), de pressions, d'accélérations (f = ma, si m est fixée, l'accélération a et la force f sont proportionnelles).
- Il équipe des microphones (dits piézoélectriques), des têtes de lecture de disque,
- Des allume-gaz (la tension obtenue atteint plusieurs dizaines de kilo- volts), etc.
Exemple de mise en œuvre :
On a représenté ci-contre un conditionneur possible pour transformer la charge portée par les faces du quartz en tension mesurable : - Le condensateur se charge sous la tension : \( U = q /C \) - La tension \( V_m \) est donc proportionnelle à la charge q apparaissant sur le quartz (\( V_m = -U \) ).
Sources
http://electroacoustique.univ-lemans.fr/cours/pdf/grain_34.pdf
https://fr.wikipedia.org/wiki/Pi%C3%A9zo%C3%A9lectricit%C3%A9
