PIÉZO-ÉLECTRICITÉ

Médias de l’article

Domaine cristallin avec centre de symétrie

Domaine cristallin avec centre de symétrie
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Domaine cristallin sans centre de symétrie

Domaine cristallin sans centre de symétrie
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Quartz initial

Quartz initial
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Quartz : coupes usuelles

Quartz : coupes usuelles
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Tous les médias


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. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

En revanc[...]

1 2 3 4 5

pour nos abonnés,
l’article se compose de 8 pages


Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis



Écrit par :

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

Classification


Autres références

«  PIÉZO-ÉLECTRICITÉ  » est également traité dans :

AMÉTHYSTE

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER
  •  • 2 334 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre «  Propriétés physico-chimiques »  : […] La structure atomique de ce minéral, notamment son absence de centre de symétrie, induit des propriétés électriques telles que la piézo-électricité et la pyro-électricité. L'améthyste, comme les autres variétés de quartz et aussi la tourmaline, soumise à des contraintes mécaniques selon l'axe c, dissocie les centres de gravité des charges […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/amethyste/#i_19241

BECQUEREL ANTOINE CÉSAR (1788-1878)

  • Écrit par 
  • Georges KAYAS
  •  • 344 mots

Ancien élève de l'École polytechnique (où il entre en 1806), sorti dans le corps des ingénieurs militaires, Becquerel, après la chute de Napoléon, se consacre uniquement à la science et il est le premier à occuper la chaire de physique au Muséum d'histoire naturelle de Paris (1838). Il est le chef de file de toute une dynastie d'hommes de science […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/antoine-cesar-becquerel/#i_19241

CRISTAUX - Synthèse des cristaux

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER
  •  • 6 271 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Les cristaux piézoélectriques »  : […] La piézoélectricité est un phénomène que présentent certains cristaux : soumis à des contraintes mécaniques, ils acquièrent une polarisation électrique dans leur masse et des charges électriques à leur surface (effet direct) ; soumis à un champ électrique, ils se déforment (effet inverse). Les applications de ces cristaux sont nombreuses : capteurs […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cristaux-synthese-des-cristaux/#i_19241

DIÉLECTRIQUES

  • Écrit par 
  • Roland COELHO
  •  • 9 278 mots
  •  • 23 médias

Dans le chapitre « Fluides isotropes »  : […] Supposons, par exemple, κ = 2 (liquide non polaire). Dans ce cas, la pression (en newtons par mètre carré) est liée au champ (en volts par mètre) par la relation :soit, en unités usuelles : […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/dielectriques/#i_19241

ÉLECTRICITÉ - Histoire

  • Écrit par 
  • Jacques NICOLLE
  •  • 6 203 mots
  •  • 12 médias

Dans le chapitre « Les travaux de Pierre Curie »  : […] expérimentaux de Pierre Curie étaient aussi très importants : découverte, avec son frère Jacques (1855-1941), de la piézo-électricité, phénomène qui consiste dans l'apparition de charges électriques de signes contraires aux extrémités de certains cristaux à la suite de pressions que l'on exerce sur des faces particulières. Les applications de ce […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/electricite-histoire/#i_19241

ÉLECTRO-ACOUSTIQUE

  • Écrit par 
  • Éric de LAMARE
  •  • 7 351 mots
  •  • 10 médias

Dans le chapitre « Principes piézo-électrique et magnétostrictif »  : […] charges électriques proportionnelles aux pressions mécaniques que l'on exerce sur eux : c'est le phénomène de piézo-électricité découvert en 1880 par les frères Jacques et Pierre Curie. De même, certains métaux ferromagnétiques présentent, à l'égard d'un champ magnétique, des propriétés absolument analogues aux précédentes. Il s'agit alors de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/electro-acoustique/#i_19241

FERRO-ÉLECTRICITÉ

  • Écrit par 
  • Lucien GODEFROY
  •  • 2 856 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Théories de la ferro-électricité »  : […] microscopique de la ferro-électricité qui suppose que certaines vibrations du réseau cristallin du mode optique (appelées mode ferro-électrique) se font à fréquence très basse, ce qui autorise un couplage avec les vibrations du mode acoustique et assure l'effet coopératif entre mailles polarisées voisines ; celles-ci s'orientent alors toutes dans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ferro-electricite/#i_19241

HORLOGERIE

  • Écrit par 
  • Claude ATTINGER, 
  • André BEYNER
  •  • 7 805 mots
  •  • 20 médias

Dans le chapitre « Le résonateur à quartz »  : […] – parce que le matériel est piézo-électrique, ce qui permet d'utiliser cette propriété comme transducteur d'entretien intégré avec le résonateur […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/horlogerie/#i_19241

HYPERSONS

  • Écrit par 
  • Pierre TOURNOIS
  •  • 2 750 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Excitation et détection »  : […] Pour la production ou la détection par ondes planes, on utilise généralement des effets piézo-électriques ou magnéto-élastiques. Lorsque le monocristal est piézo-électrique, comme le quartz, le niobate de lithium LiNbO3, le sulfure de cadmium CdS, l'oxyde de zinc ZnO, on peut introduire l'échantillon dans une cavité […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hypersons/#i_19241

LIPPMANN GABRIEL (1845-1921)

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 294 mots

Physicien français, Gabriel Lippmann, né le 16 août 1845 à Hollerich (Luxembourg), fait ses études à l'École normale supérieure, puis à Heidelberg et à Berlin. Sa thèse, Relations entre les phénomènes électriques et capillaires (1875), le conduit à fabriquer un électromètre capillaire extrêmement sensible […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gabriel-lippmann/#i_19241

MAGNÉTOSTRICTION

  • Écrit par 
  • Georges BONNET
  •  • 1 488 mots
  •  • 4 médias

Les effets de la magnétostriction, légère déformation qui, dans un cristal ferromagnétique, accompagne une variation de l'aimantation, présentent une forte analogie avec ceux de l'électrostriction ou de la piézo-électricité […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetostriction/#i_19241

MICROSYSTÈMES, technologie

  • Écrit par 
  • Daniel HAUDEN
  •  • 3 753 mots
  •  • 11 médias

Dans le chapitre « Augmentation du couple mécanique et de la puissance dans les micromécanismes »  : […] le circuit intégré (above integrated circuit, technologie « au-dessus du circuit intégré »). Ainsi, par exemple, des couches minces piézo-électriques sont déposées sur le silicium afin de réaliser un micromoteur piézo-électrique à ultrasons, le rotor étant entraîné par frottement sur le stator déformé continûment par une onde […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microsystemes-technologie/#i_19241

ONDES GRAVITATIONNELLES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 5 715 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Des barres résonantes comme détecteurs »  : […] d’un cylindre d’aluminium de 1,5 mètre de longueur et de 65 centimètres de diamètre, de fréquence fondamentale de vibration égale à 1660 hertz (Hz), couplé à des capteurs piézoélectriques grâce auxquels les vibrations de la barre étaient enregistrées. En 1969, il publie dans la revue Physical Review Letters un article titré « Preuve de la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-gravitationnelles/#i_19241

OPTIQUE ADAPTATIVE

  • Écrit par 
  • Daniel ROUAN
  •  • 3 721 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « L'OPTIQUE ADAPTATIVE : CORRIGER EN TEMPS RÉEL »  : […] familles de miroirs déformables sont considérées : celle où l'actionneur, en général un transducteur piézo-électrique auquel sont appliquées des tensions de quelques centaines de volts, fonctionne en poussant ou en tirant sur la surface du miroir, et celle où le matériau piézo-électrique se courbe sous le miroir, suivant un principe analogue à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-adaptative/#i_19241

PÉROVSKITES

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER, 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 775 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Propriétés physiques et applications actuelles des pérovskites »  : […] et leur élaboration à partir de 1954 a permis un développement considérable de l’utilisation technologique des phénomènes piézo-électriques. Les micromanipulateurs de précision utilisés en optique adaptative pour déformer des miroirs et optimiser ainsi les observations astronomiques en sont un exemple. Des monocristaux de type pérovskite ont été […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/perovskites/#i_19241

SONAR

  • Écrit par 
  • Xavier LURTON
  •  • 4 159 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre «  Technologie des systèmes sonar »  : […] immersion dans l'eau salée), les transducteurs sous-marins sont généralement fondés sur l'utilisation de matériaux piézo-électriques. Ces derniers ont la propriété de se déformer sous l'action d'un champ électrique, ou, inversement, de produire une tension électrique sous l'effet d'une contrainte mécanique. En pratique, ils sont fabriqués […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sonar/#i_19241

ULTRASONS

  • Écrit par 
  • Maurice JESSEL, 
  • André ZAREMBOWITCH
  •  • 3 417 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Transducteurs électromagnétiques »  : […] eut l'idée d'appliquer à la production et à la réception d'ultrasons le phénomène de la piézo-électricité, découvert par Pierre et Jacques Curie. Excités par un courant électrique de haute fréquence, le quartz et les autres cristaux piézo-électriques (sel de Seignette, niobate de lithium, tartrates et phosphates de potassium […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ultrasons/#i_19241

Voir aussi

Pour citer l’article

Pierre VOVELLE, « PIÉZO-ÉLECTRICITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 août 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/piezo-electricite/