WOW !! MUCH LOVE ! SO WORLD PEACE !
Fond bitcoin pour l'amélioration du site: 1memzGeKS7CB3ECNkzSn2qHwxU6NZoJ8o
  Dogecoin (tips/pourboires): DCLoo9Dd4qECqpMLurdgGnaoqbftj16Nvp


Home | Publier un mémoire | Une page au hasard

 > 

Conception et modélisation d'un capteur acoustique

( Télécharger le fichier original )
par Abdoun SLIMANI
Université des sciences et de la technologie d' Oran Algérie - Magister 2010
  

précédent sommaire suivant

Bitcoin is a swarm of cyber hornets serving the goddess of wisdom, feeding on the fire of truth, exponentially growing ever smarter, faster, and stronger behind a wall of encrypted energy

1.3 Effet piézoélectrique

La piézoélectricité, du grec "piézo" signifiant presser ou serrer [21], certains matériaux (cristaux, céramiques ou polymères) ont la propriété de se polariser sous l'influence d'une contrainte mécanique : c'est l'effet piézoélectrique direct. Cette polarisation est proportionnelle à la contrainte et change de signe avec elle. Ce phénomène est réversible : une polarisation électrique résultant de l'application d'un champ électrique entraînera une déformation du méme matériau. On parle alors d'effet piézo-électrique inverse [22,23] (cf. figure 1.1).

L'application d'un champ électrique variable (champ électrique alternatif) entre les faces d'un matériau piézoélectrique, va exciter une onde acoustique dans le matériau. Cette onde acoustique est la résultante d'une déformation mécanique (déformation variable) du réseau cristallin qui oscille alors à une fréquence donnée, dite fréquence de résonance et c'est typiquement l'application exploitée dans les oscillateurs à quartz [24,25].

Générateur
de tension

Effet piézoélectrique inverse

D

E

F

O
R

M
A
T

I
O

N

Apparition
de charges

Effet piézoélectrique direct

Mat6riau
piezo6lectrique

C O N T R A

I N T E

Fig. 1.1 - Illustration des effets piézoélectriques [12]

1.4 Symétrie et piézoélectricité

L'effet piézoélectrique a été mis en évidence principalement dans les solides cristallins anisotropes (absence de centre de symétrie dans la maille cristalline) [27,28,29]. En cristallographie, on classe toutes les structures répertoriées selon 32 classes de symétrie définies comme étant toutes les combinaisons distinctes possibles entre les éléments de symétrie que sont les plans, les axes et les centres de symétrie. Onze de ces classes sont dites centrosymétriques et ne peuvent donc pas présenter des propriétés polaires ou aucune polarisation spontanée. L'une des 21 autres classes (la classe cubique 432) possèdent des éléments de symétrie lui interdisant de présenter des caractéristiques polaires. Les 20 classes restantes possèdent au moins un axe polaire et les matériaux qu'elles caractérisent peuvent donc posséder des caractéristiques polaires telles la piézoélectricité, la pyroélectricité3 et la ferroélectricité4 [30,31].

3 Les cristaux pyroélectriques ont une polarisation électrique spontanée qui dépend de leur température ; ils portent en surfaces des charges électriques proportionnelles à cette polarisation et de signe contraire sur les faces opposées [34].

4 Les cristaux ferroélectriques possèdent un moment dipolaire (polarisation permanente) électrique même en l'absence d'un champ électrique extérieur [35].

La Figure 1.2 précise la place qu'occupent les matériaux piézoélectriques dans la hiérarchie des solides cristallins.

32 Classes cristallines

11 Centrosymétriques

21 Non centrosymétriques

Non piézoélectriques

20 Piézoélectriques

1 Non piézoélectrique

10 Pyroélectriques

10 Non pyroélectriques

Ferroélectriques

Non ferroélectriques

Non ferroélectriques

Fig. 1.2 - Organisation des différentes classes cristalline [24]

A l'échelle cristalline, la piézoélectricité se manifeste par une polarisation de la maille tandis qu'à l'échelle de la maille, ce sont les propriétés de symétrie des cristaux qui déterminent leur caractère piézoélectrique ou non. Tout corps présentant un centre de symétrie ne peut pas être piézoélectrique alors que les cristaux ne possédant pas de centre de symétrie peuvent l'être [32].

Un cristal possédant un centre de symétrie ne peut pas être déséquilibré électriquement et par conséquent il ne peut pas avoir de propriété piézoélectrique (cf. figure 1.3.a) [33]. En effet, lorsqu'il est soumis à une contrainte (flèches jaunes ou vertes), le déplacement des charges positives et négatives est identique dans toutes les directions et par conséquent la structure reste équilibrée (i.e. on observe toujours le même centre de symétrie).

Maintenant, si ce cristal ne possède pas de centre de symétrie les phénomènes présentés sur la figure 1.3.b peuvent être observés. Notons que cette structure de cristal est formée par deux triangles équilatéraux dont les sommets disposent de charges positives pour l'un et négatives pour l'autre. Tant que le cristal n'est soumis à aucune contrainte, les deux centres des triangles équilatéraux sont identiques et on ne dispose d'aucun effet piézoélectrique. Dès lors qu'une contrainte est appliquée, soit suivant X, soit suivant Y, les centres des deux triangles équilatéraux se déplacent en sens inverse et déséquilibrent la structure du cristal. L'effet piézoélectrique est lié à cette possibilité de déséquilibrer la structure et par conséquent, seuls les cristaux dont la structure ne possède pas de centre de symétrie sont piézoélectriques. De plus, comme on peut le constater les deux centres se déplacent suivant

l'axe des X quelque soit la contrainte appliquée (suivant Y ou suivant X). Par conséquent l'axe des X est appelé axe électrique et l'axe des Y est appelé axe mécanique. Perpendiculairement à ces deux axes se trouve l'axe des Z qui lui sera appelé l'axe optique car des techniques optiques sont utilisées pour le localiser. De plus il n'y a aucun effet piézoélectrique qui soit associé à l'axe optique.

(a)

(b)

Fig. 1.3 - Représentation schématique de l'apparition de la piézoélectricité : (a) Cristal
centrosymétrique (ou isotrope), (b) Cristal non centrosymétrique (ou anisotrope) [33]

précédent sommaire suivant






Bitcoin is a swarm of cyber hornets serving the goddess of wisdom, feeding on the fire of truth, exponentially growing ever smarter, faster, and stronger behind a wall of encrypted energy








"Aux âmes bien nées, la valeur n'attend point le nombre des années"   Corneille