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Etude d'un échographe: GE Vivid 3N Proexpert


par Tahar; Bachir; Salah Ait-Kaci-Ali ; Ben Rekia; Bakheti
Institut national spécialisé en formation professionnelle de Médea - Technicien supérieur en maintenance des équipements médicaux 2008
  

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I.1.3.2. MATERIAUX PIEZO-ELECTRIQUES :

Ces matériaux se présentent le plus souvent sous forme d'un disque ou d'un anneau sur les faces duquel sont déposées deux électrodes métallisées. Lorsqu'une tension électrique est appliquée sur ces deux électrodes, le matériau se dilate ou se comprime selon l'orientation de la tension par rapport à la polarisation.

Ces matériaux sont classés en quatre classes principales : les cristaux qui possèdent une piézoélectricité naturelle, les céramiques, les polymères et les composites qui doivent être polarisés.

Avant de les comparer il est nécessaire de définir les deux principales grandeurs physiques qui vont caractériser ces différents matériaux :

Z : impédance acoustique qui doit être la plus proche possible de celui des tissus biologiques, afin que les ultrasons se transmettent bien de la sonde au corps humain.

Kt : le coefficient de couplage électro-acoustique. Ce paramètre compris entre 0 et 1, caractérise l'aptitude du matériau a fin de convertir l'énergie électrique en une énergie mécanique ou inversement. Il doit être le plus élevé possible.

I.1.3.2.1. Les Cristaux :

Le cristal piézo-électrique le plus connu est le quartz (SiO2), le cristal se trouve naturellement dans la nature.

I.1.3.2.2. Les Céramiques :

Les céramiques piézo-électriques sont incontestablement les matériaux les mieux adaptés à l'heur actuel pour une utilisation échographique. Ils sont souvent utilisés tels quels, mais entrent également dans la fabrication des composites que nous décrivons plus loin. Ce succès peut sembler paradoxal car bien que les valeurs de Kt soient élevé, leur impédance acoustique est bien élevée que celui des tissus biologiques. Il est du au fait que ces matériaux sont d'un coüt relativement faible, qu'ils sont usinables et faciles à transformer et surtout qu'ils offrent un éventail très large performances. En effet, il existe de très nombreuses compositions différentes dont les propriétés diélectriques et mécaniques varient considérablement, de sorte que l'on trouve toujours une céramique adaptée à une application particulière.

Citons entre autres, les titanates de baryum qui sont les ancêtres des céramiques actuelles, la famille des PZT (Plomb. Zirconite. Titanate) qui compte à elle seule cinq à six compositions différentes et qui est la plus utilisée, les titanates de plomb qui tendent de plus à concurrencer les PZT et enfin les métaniobates de plomb utilisés pour l'imagerie haute résolution.

Notons que les céramiques sont des poly cristaux qui sont fabriqués par frittage d'un mélange d'oxyde et que leurs performances diélectriques, mécaniques et piézo-électriques.

I.1.3.2.3. Les Polymères :

Certains polymères tels que le PVDF (Poly Vynil Di Fluorure) et des polymères tels que le P(VDFTrFE) peuvent acquérir des propriétés piézo-électriques.

I.1.3.2.4. Les Composites :

Ces matériaux, d'abord développés pour des applications sonar, ont fait leurs apparitions aux débuts des années 80 et représentent l'avancée majeure dans le domaine des matériaux piézo-électriques, depuis l'apparition des PZT dans les années 60.

Leur origine provient du constat selon lequel aucun matériau existant n'avait à la fois une impédance acoustique assez faible pour bien transmettre son énergie aux tissus biologiques et une valeur de Kt élevé. En effet, les céramiques souffrent d'une impédance acoustique trop élevée et les polymères d'une valeur de Kt trop faible. L'idée est donc née qu'il fallait utiliser à la fois une céramique à Kt élevé, associée à un matériau passif de faible impédance acoustique de sorte que le matériau résultant ait une impédance acoustique plus faible tout en gardant un Kt comparable avec celui d'une céramique.

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