PIÉZO-ÉLECTRICITÉ

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Domaine cristallin avec centre de symétrie

Domaine cristallin avec centre de symétrie
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Domaine cristallin sans centre de symétrie

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Quartz initial

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Quartz : coupes usuelles

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Considérations théoriques

La piézo-électricité se traduit par l'apparition d'une polarisation électrique à la surface de certains cristaux soumis à une déformation ou, inversement, d'une déformation de certains cristaux soumis à une polarisation. Celle-ci s'accompagne d'un champ électrique entre les deux faces polarisées, tandis que la déformation est due à une force ou la crée. Les équations fondamentales de la piézo-électricité peuvent donc relier, suivant l'usage qu'on en fait, l'une ou l'autre des grandeurs électriques à l'une ou l'autre des grandeurs mécaniques.

Les variations des grandeurs électriques et mécaniques sont exactement proportionnelles et les constantes qui relient ces grandeurs l'une à l'autre sont identiques, qu'il s'agisse de l'effet direct ou de l'effet inverse. Un même système d'équations linéaires décrit donc ces deux effets.

L'effet piézo-électrique n'apparaît que sur certains types de cristaux ou de céramiques anisotropes, celles-ci pouvant être considérées comme un ensemble de cristaux individuellement piézo-électriques, orientés identiquement. Un solide non polarisé peut en effet être considéré comme un ensemble de particules chargées positivement ou négativement en équilibre électrique exact. Ces particules sont, dans un solide non cristallisé, disposées de manière aléatoire. L'application d'une déformation à un tel solide ne change rien à cette répartition et chaque élément macroscopique de ce solide reste nécessairement neutre : il ne peut donc y avoir apparition de piézo-électricité pour un solide isotrope.

De même, certains cristaux ne peuvent présenter d'effet piézo-électrique : ce sont ceux qui, au niveau de l'arrangement atomique élémentaire, possèdent un centre de symétrie. La figure représente schématiquement un tel arrangement de particules chargées non déformé, puis déformé par compression ou cisaillement. Le centre de gravité des particules + et des particules − reste identique. Il ne peut y avoir en aucun cas apparition d'une polarité résultante à la surface du domaine.

Domaine cristallin avec centre de symétrie

Domaine cristallin avec centre de symétrie

Dessin

Domaine cristallin présentant un centre de symétrie en (a) au repos, en (b) soumis à une compression. Le centre de gravité des charges + ou - reste inchangé. Il n'apparaît aucun effet piézo-électrique. 

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En revanche, la piézo-électricité apparaît dans les crista [...]

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Écrit par :

  • : chef des services techniques à la Compagnie d'électronique et de piézoélectricité

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Pour citer l’article

Pierre VOVELLE, « PIÉZO-ÉLECTRICITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 février 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/piezo-electricite/