Effet Piézoélectrique
L’effet piézoélectrique désigne la capacité de certains matériaux à générer une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique appliquée. Dans de tels matériaux, les électrons peuvent être poussés hors de leur orbite dans la direction de la force. Ainsi, les électrons quittent un côté du matériau et s’accumulent de l’autre, créant des charges positives et négatives sur les côtés opposés.
Types d’Effet Piézoélectrique
Il existe deux types d’effets piézoélectriques : l’effet direct et l’effet inverse. L’effet piézoélectrique direct se traduit par la transformation de la contrainte mécanique en charge électrique. Par exemple, un cube de quartz de 1 cm3 avec une force correctement appliquée de 2 kN peut produire une tension de 12500 V. À l’inverse, l’effet piézoélectrique inverse, ou effet converse, consiste en la conversion d’un potentiel électrique appliqué en contrainte mécanique. Ainsi, un champ électrique peut induire une expansion ou une contraction du matériau et vice versa.
Exemples et Applications
Par exemple, les cristaux de titanate zirconate de plomb génèrent une piézoélectricité mesurable lorsque leur structure statique est déformée d’environ 0.1 % de la dimension originale. Inversement, ces mêmes cristaux changeront d’environ 0.1 % de leur dimension statique lorsqu’un champ électrique externe est appliqué. L’effet piézoélectrique inverse est utilisé dans la production d’ondes ultrasonores.
La meilleure application connue est le briquet électrique : en appuyant sur le bouton, un marteau à ressort frappe un cristal piézoélectrique, produisant un courant électrique à haute tension qui traverse un petit espace d’étincelle, chauffant et enflammant le gaz. Une application courante de l’effet piézoélectrique inverse se trouve dans les moteurs diesel modernes. Leurs injecteurs de carburant incluent un mécanisme d’actionnement piézoélectrique et une configuration de capteur pour mesurer l’état du mécanisme d’actionnement ainsi que le rail de carburant associé.
Conclusion
En somme, l’effet piézoélectrique est un phénomène fascinant qui trouve son application dans de nombreux domaines, de l’électronique à la mécanique. Sa capacité à convertir l’énergie mécanique en énergie électrique et vice versa ouvre la porte à des innovations technologiques continues et à des améliorations dans divers secteurs industriels.