Piézoélectricité : Une Énergie Issue de la Pression
Qu’est-ce que la Piézoélectricité?
La piézoélectricité désigne la génération d’une charge électrique par l’application de pression sur certains cristaux, comme le quartz ou les sels de Rochelle, ou sur certains céramiques, telles que le titanate de baryum. Ce phénomène, connu sous le nom d’effet piézoélectrique, permet à certains matériaux de produire une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique appliquée. Dans ces matériaux, les électrons peuvent être expulsés de leur orbite dans la direction de la force. Les électrons quittent un côté du matériau et s’accumulent de l’autre, créant des charges positives et négatives sur les côtés opposés. Par exemple, un cube de quartz de 1 cm3 soumis à une force correctement appliquée de 2 kN peut produire une tension de 12500 V.
De la Contrainte à l’Électricité
La première fonction de la piézoélectricité est l’effet piézoélectrique direct, qui consiste en la transformation de la contrainte mécanique en charge électrique. Lorsque la pression est relâchée, les électrons retournent à leurs orbites. Certains matériaux réagissent à la pression de flexion, tandis que d’autres répondent à la pression de torsion.
De l’Électricité à la Contrainte
La seconde fonction, appelée effet piézoélectrique inverse, transforme un potentiel électrique appliqué en contrainte mécanique. Ainsi, un champ électrique peut induire une expansion ou une contraction du matériau, et vice versa. Par exemple, les cristaux de titanate de 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. Cet effet inverse est utilisé dans la production d’ondes ultrasonores.
Applications Pratiques
La meilleure illustration de la piézoélectricité est le briquet électrique. En appuyant sur le bouton, un marteau à ressort frappe un cristal piézoélectrique, produisant un courant électrique de haute tension suffisant pour traverser un petit écart d’étincelle, chauffant et enflammant ainsi le gaz.
Conclusion
En résumé, la piézoélectricité offre un moyen fascinant de convertir la pression mécanique en électricité et inversement, ouvrant la voie à de nombreuses applications innovantes dans divers domaines technologiques.
