La physique des ultrasonsPrincipes généraux › La production des ultrasons : l'effet piézoélectrique

L'effet piézoélectrique

Si de nombreux principes peuvent être mis en œuvre pour générer des ultrasons, les transducteurs utilisent surtout l'effet piézoélectrique pour convertir l'énergie électrique en un déplacement mécanique.

 

En 1880 Pierre et Jacques Curie, ont mis en évidence l'effet piézoélectrique sur un échantillon de quartz, qui se charge électriquement lorsqu'il est soumis à une contrainte de compression. A l'inverse, une tension électrique appliquée sur le quartz induit une déformation du cristal.

 

Les matériaux piézoélectriques utilisés actuellement sont à base de matériaux frittés qui ont l'avantage de présenter de bonnes performances et d'être disponibles dans des géométries très diverses. Ces matériaux se présentent le plus souvent sous la forme d'un disque ou d'un anneau sur les faces duquel sont déposées deux électrodes métalliques.

 

 

 

Le disque d'épaisseur e est soumis à une force de compression F. La tension qui apparaît aux bornes des électrodes est exprimée par la relation: 

V = g33 x ex F / S avec g33 la caractéristique du matériau et S la section du disque.

Si on suppose qu'un disque d'épaisseur e est soumis à une tension électrique V continue, son épaisseur augmente et est égale à: e + Δe 

La relation entre la tension et le déplacement est exprimée par: Δe = d33 V, avec Δe = 0,5 microns pour 1000 V d'excitation avec d33 = 500 10-12 m/V. 

 

Cet effet est particulièrement utilisé dans des empilements multicouches de céramiques fines pour réaliser des stacks permettant de créer un déplacement de plusieurs dizaines de microns sous une tension de quelques centaines de volts à 1000 V.

 


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