Conception et modélisation d'un capteur acoustique

Chapitre 1

Principes fondamentaux de la piézoélectricité

Sommaire
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6	Introduction .. Historique de la piézoélectricité Effet piézoélectrique Symétrie et piézoélectricité Équations de la piézoélectricité Caractéristiques électriques et mécaniques des matériaux piézoélectriques .		4 4 6 6 8 10
	1.6.1	Permittivité « åij » ..	10
	1.6.2	Compliance élastique « sij » ..	10
	1.6.3	Constante de charge piézoélectrique « dij » ..	10
	1.6.4	Constante de tension piézoélectrique « gij » ..	11
	1.6.5	Coefficient de couplage électromécanique « kij » .	11
	1.6.6	Facteur de qualité « Q » .	11
1.7	Les matériaux piézoélectriques		12
	1.7.1	Les principaux matériaux piézoélectriques .	12
	1.7.2	Autres matériaux piézoélectriques ..	20
	1.7.3	Choix du matériau piézoélectrique .	22
1.8	Modes de déformation d'un matériau piézoélectrique		22
	1.8.1	Modes de déformation fondamentaux .	23
	1.8.2	Autres modes de déformation .	24
1.9	Quelques applications des matériaux piézoélectriques		24
	1.9.1	Transformateurs piézoélectriques .	24
	1.9.2	Chaussures piézoélectriques .	25
	1.9.3	Actionneurs bilames	26
	1.9.4	Imprimantes à jet d'encre ..	27
1.10	Conclusion		28

1.1 Introduction

Les matériaux intelligents s'imposent aujourd'hui dans les secteurs les plus divers, allant du bâtiment aux équipements sportif en passant par la biomédecine, la robotique ou le secteur militaire [9]. Le terme « matériau intelligent » indique généralement un matériau capable de modifier spontanément un ou plusieurs de ses propriétés physiques, par exemple sa forme, sa connectivité, sa viscoélasticité ou sa couleur, en réponse à des excitations naturelles ou provoquées venant de l'extérieur ou de l'intérieur du matériau : variations de température, contraintes mécaniques, champs électriques ou magnétiques. Le matériau va donc adapter sa réponse, signaler une modification apparue dans l'environnement et dans certains cas, provoquer une action de correction. Un matériau intelligent est sensible, adaptatif et évolutif. Il possède des fonctions qui lui permettent de se comporter comme un capteur (détecter des signaux), un actionneur (effectuer une action sur son environnement) ou parfois comme un processeur (traiter, comparer, stocker des informations). Les matériaux les plus populaires sont : les alliages à mémoire de forme (AMF), les matériaux piézoélectriques, électrostrictifs et magnétostrictifs [10].

Dans ce chapitre nous allons rappeler les définitions, les propriétés et les équations associées à la piézoélectricité. Nous présentons également les grandes familles de matériaux piézoélectriques en détaillant plus particulièrement les zircono titanates de plomb (PZT). Puis, après avoir cité les différents modes de déformation d'un matériau piézoélectrique, nous présentons quelques applications des matériaux piézoélectriques.