Effet piézoélectrique

Qu'est-ce que l'effet piézoélectrique ?

L'effet piézoélectrique (du mot grec ancien « piezein » : pousser) décrit la capacité de certains corps solides à générer une charge électrique en cas de contrainte mécanique. La force appliquée modifie la structure microscopique du corps ; des dipôles se forment entre lesquels une tension se crée. – Il est également possible d'inverser cet effet : en appliquant une tension, des matériaux piézoélectriques peuvent être déformés élastiquement. L'un des principaux matériaux piézoélectriques est le cristal de quartz (SiO2).

L'effet piézoélectrique sur le cristal de quartz

Les charges électriques qui apparaissent sur le cristal piézoélectrique sont proportionnelles à la force appliquée. À l'aide d'un amplificateur de charge, ces charges peuvent être mesurées. Contrairement à d'autres matériaux piézoélectriques, les quartz ne sont pas pyroélectriques et résistent ainsi face à des variations de température. – En 1950, Walter P. Kistler dépose un brevet pour l'amplificateur de charge pour les signaux piézoélectriques. Cela a permis d'ouvrir la voie à des capteurs aux propriétés de mesure extraordinaires pour des processus dynamiques et quasi-statiques.

Les champs d'applications de l'effet piézoélectrique

L'effet piézoélectrique est la base des capteurs piézoélectriques pour divers champs d'applications. Cela concerne aussi bien les processus industriels tels que la construction automobile et le moulage par injection, que des applications médicales, aéronautique et aérospatiale, le ferroviaire ainsi que la biomécanique, la thermoacoustique et de nombreux autres domaines. Des capteurs piézoélectriques, spécialement adaptés, servent de base aux systèmes de surveillance de processus avec une analyse de données permettant d'obtenir une qualité de production optimale.

Avantages des capteurs piézoélectriques

Selon la direction de la force appliquée ou la position par rapport aux axes polaires du cristal, l'effet piézoélectrique apparaît de manière longitudinale (dans le sens de la force), transversale (en respectant la force) ou diagonale en tant qu'effet de cisaillement. Cela permet de monter le capteur piézoélectrique de différentes manières sur une machine. – Comparés aux jauges de contrainte, les capteurs piézoélectriques possèdent des avantages particuliers, par ex. une très large plage de mesure, une protection contre la surcharge et une grande stabilité dans le temps, parfois pendant plusieurs décennies. Il est particulièrement pratique d'utiliser l'effet piézoélectrique avec les capteurs IEPE.