Qu'est-ce que piézoélectrique?

La piézoélectricité est la charge électrique qui s'accumule dans certains matériaux solides (tels que les cristaux, certaines céramiques et les matières biologiques tels que l'os, l'ADN et diverses protéines) en réponse à des contraintes mécaniques appliquées. Le mot piézoélectricité signifie électricité résultant de la pression et de la chaleur latente. Il est dérivé du mot grec πιέζειν; piezéine, qui signifie presser ou presser, et λεκτρονēlektron, qui signifie orange, une source ancienne de charge électrique. Les physiciens français Jacques et Pierre Curie ont découvert la piézoélectricité en 1880.

L'effet piézoélectrique résulte de l'interaction électromécanique linéaire entre les états mécanique et électrique dans les matériaux cristallins sans symétrie d'inversion. L'effet piézoélectrique est un processus réversible: les matériaux présentant l'effet piézoélectrique (la génération interne de charges électriques résultant d'une force mécanique appliquée) présentent également l'effet piézoélectrique inverse, la génération interne d'une contrainte mécanique résultant d'un champ électrique appliqué. 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 d'origine. Inversement, ces mêmes cristaux changeront d'environ 0,1% de leur dimension statique lorsqu'un champ électrique externe est appliqué au matériau. L'effet piézoélectrique inverse est utilisé dans la production d'ondes ultrasonores.

La piézoélectricité est exploitée dans un certain nombre d’applications utiles, telles que la production et la détection de sons, l’impression piézoélectrique par jet d’encre, la génération de tensions élevées, la génération de fréquences électroniques, les microbalances, pour piloter une buse ultrasonore et la mise au point ultrafine d’assemblages optiques. Il constitue la base de nombreuses techniques instrumentales scientifiques à résolution atomique, les microscopies à sonde à balayage, telles que STM, AFM, MTA et SNOM. Il trouve également des utilisations de tous les jours comme agir comme source d’allumage pour les briquets, les barbecues au propane à démarrage par poussée, comme source de référence de temps dans les montres à quartz et dans les micros d’amplification pour certaines guitares.

Matériaux piézoélectriques

Il existe de nombreux matériaux, naturels ou synthétiques, présentant une gamme d’effets piézoélectriques. Parmi les matériaux naturellement piézoélectriques, on trouve la Berlinite (structurellement identique au quartz), le sucre de canne, le quartz, le sel de Rochelle, la topaze, la tourmaline et l'os (l'os sec présente certaines propriétés piézoélectriques dues aux cristaux d'apatite, et l'effet piézoélectrique est généralement réputé agir comme capteur de force biologique). Un exemple de matériaux piézoélectriques artificiels comprend le titanate de baryum et le titanate de zirconate de plomb.

Au cours des dernières années, en raison des préoccupations environnementales croissantes concernant la toxicité des dispositifs contenant du plomb et de la directive RoHS suivie dans l'Union européenne, des efforts ont été déployés pour développer des matériaux piézoélectriques sans plomb. À ce jour, cette initiative visant à développer de nouveaux matériaux piézoélectriques sans plomb a permis de créer une variété de nouveaux matériaux piézoélectriques qui sont plus respectueux de l'environnement.