ULTRASONS

Transducteurs électromagnétiques

Paul Langevin, le premier, 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 ou d'ammonium, etc.) vibrent mécaniquement à la même fréquence. Ces vibrations sont surtout intenses lorsqu'une des dimensions du cristal favorise la résonance : dans le mode fondamental, une lame de quartz épaisse de 2,85 mm vibre en demi-onde à la fréquence de 1 mégahertz. La même plaque vibrerait, sur des modes plus élevés, jusqu'à des fréquences hypersonores ; mais des lames très minces de niobate de lithium sont utilisées sur leur mode fondamental à 200, voire 400 mégahertz. Par ailleurs, à l'aide de films piézo-électriques évaporés d'oxyde de zinc (ZnO), on peut émettre des vibrations mécaniques allant jusqu'à plusieurs gigahertz, les longueurs d'onde associées étant de l'ordre du micromètre.

La magnétostriction, découverte en 1842 par James P. Joule, permet d'exciter une vibration mécanique dans un matériau ferromagnétique soumis à un champ magnétique oscillant. Mais la fréquence obtenue est le double de la fréquence d'excitation, sauf si l'on polarise le matériau au moyen d'un champ magnétostatique suffisamment intense. Il faut éviter que l'échauffement ne dépasse le point de Curie (cf. magnétisme, chap. 1), au-delà duquel l'effet de magnétostriction disparaît.

Un phénomène analogue, l'électrostriction (cf. diélectriques, chap. 7), se produit dans les matériaux ferro-électriques. Les plus usités pour produire ou détecter les ultrasons sont le titanate de baryum, le zircotitanate de plomb et le niobate de plomb. Ils se présentent sous forme de céramiques frittées, auxquelles on peut imposer une polarisation permanente et donner par moulage ou meulage les formes qu'on désire en vue d'obtenir les modes de vibration les plus variés : longitudinale, transversale, de flexion, de torsion, etc. Leur point de Curie se situe entre 100 et 200 0C, plus bas que pour les composés ferro-magnétiques.

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Écrit par :

  • : ancien directeur de recherche au C.N.R.S., rédacteur à la revue internationale Acustica
  • : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Pour citer l’article

Maurice JESSEL, André ZAREMBOWITCH, « ULTRASONS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/ultrasons/