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Physique des transducteurs piézoélectriques


Frédéric Élie,

février 2017

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Certains matériaux (cristaux et même polymères) ont la propriété de se déformer sous l'action d'un champ ou d'un courant électrique, et, réciproquement, de générer un champ ou un courant électrique lorsqu'ils sont déformés sous l'action de contraintes mécaniques. Cette faculté a pour origine que la distribution des charges dans le matériau cesse d'être statistiquement homogène lors d'une déformation du matériau, et crée une polarité électrique responsable de l'apparition d'une différence de potentiel électrique entre les bornes du matériau. Ces matériaux sont qualifiés de « piézoélectriques ».

Sous certaines conditions, heureusement les plus courantes, ces matériaux peuvent être modélisés au moyen de schémas électriques équivalents qui permettent de simplifier les calculs et la prédiction de leurs comportements.

Lorsque ces matériaux sont associés à un milieu physique (air, liquide, autre milieu matériel) ou bien un circuit électrique d'utilisation (amplification, circuit d'émission, circuit de réception...), la modélisation par schémas électriques équivalents reste possible et permet de prédire, entre autres, les propriétés de sensibilité à la réception, ou à l'émission, de propagation des ondes acoustiques ou élastiques qui en sont émises.

Les applications de la piézoélectricité sont très nombreuses et concernent des domaines variés : éléments actifs des antennes sonars et hydrophones en détection sous-marine, appareils d'échographie en médecine, expertises des matériaux par ultrasons, systèmes d'émission ou de réception en acoustique aérienne (hauts-parleurs, microphones...), jauges de déformation, etc., etc.

Sommaire :

1. Transducteurs piézoélectriques

2. Propagation des ondes élastiques dans les solides : généralités

3. Ondes élastiques dans les matériaux piézoélectriques

4. Schéma équivalent pour un transducteur composite en interaction avec un milieu fluide

5. Sensibilités et directivité des capteurs et émetteurs piézoélectriques



©Frédéric Éliehttp://fred.elie.free.fr, janvier 2017 - page 1/1