PIÉZO-ÉLECTRICITÉ

La piézo-électricité est un phénomène propre à certains types de cristaux (le quartz est le plus connu) ou de céramiques anisotropes. Il apparaît à la surface de ces corps, quand on les soumet à des pressions, des charges électriques (effet « direct »). Inversement, l'application d'une tension électrique sur ces mêmes surfaces donne lieu à une modification des dimensions des cristaux (effet « inverse »). Il y a là un moyen de transformer un signal électrique en déformation mécanique et réciproquement.

Ce phénomène, combiné aux propriétés de résonance mécanique des corps utilisés, permet d'obtenir des vibrations électriques ou mécaniques, à l'origine de nombreuses applications pratiques.

Les sources de fréquences stables, indispensables à tous les systèmes actuels de télécommunication, les générateurs d'ultrasons, certaines têtes de lecture de tourne-disques, certains modèles d'allume-gaz, constituent quelques applications de la piézo-électricité. L'exploitation industrielle de ce phénomène, à peine naissante en 1940, en plein développement quarante ans plus tard, occupe dans le monde des dizaines de milliers de personnes, des mineurs de quartz aux ingénieurs électroniciens.

La piézo-électricité, pressentie au milieu du xix^e siècle après les théories cristallographiques de René Just Haüy, a été mise en évidence à Paris en 1880 par les frères Pierre et Jacques Curie. Ce fut une découverte exemplaire, puisque ces derniers apportèrent à la fois la preuve expérimentale du phénomène et une théorie élaborée, le reliant à la géométrie atomique des cristaux et énonçant ses principales lois. Cette découverte attira immédiatement l'attention des scientifiques : Gabriel Lippmann, Wilhelm Gottlieb Hankel, William Thomson (lord Kelvin) et surtout Woldemar Voigt complétèrent les observations et la théorie du phénomène, presque complètement établie à la fin du xix^e siècle.

La piézo-électricité n'était pourtant alors qu'une curiosité de laboratoire. La guerre de 1914-1918 la fit entrer dans la voie des applications pratiques. Paul Langevin eut l'idée d'exciter les lames de quartz par un signal électrique alternatif pour créer des ultrasons ; ceux-ci, réfléchis sur la coque des sous-marins ennemis, retournent vers d'autres cristaux piézo-électriques et y font naître des tensions électriques alternatives aisées à détecter. C'est, déjà, le sonar et la première utilisation conjuguée des effets piézo-électriques direct et inverse.

Walter G. Cady, en 1918, réalisa le premier oscillateur électronique stabilisé par un cristal de quartz. Il établit le schéma électrique équivalent du résonateur piézo-électrique. Dès lors, la piézo-électricité devint l'associée de l'électronique naissante. Elle permit la génération de fréquences électriques, donc d'échelles de temps, extrêmement stables, au point que dans les années trente on put ainsi mettre en évidence les irrégularités de rotation de la Terre.

La Seconde Guerre mondiale vit naître l'industrie moderne de la piézo-électricité. Cinquante millions de résonateurs à quartz piézo-électrique furent alors fabriqués aux États-Unis. À la même époque furent étudiés des cristaux synthétiques, parfois décevants à l'usage, mais surtout certaines céramiques dites ferro-électriques, rendues anisotropes par un champ électrique au cours de leur élaboration et présentant ensuite un effet piézo-électrique intense.

Les travaux actuels sont d'ordre pratique (les applications des quartz et des « céramiques piézo » se multiplient) et théorique (étude des non-linéarités, investigation de nouveaux corps piézo-électriques et semiconducteurs à la fois).

Considérations théoriques

La piézo-électricité se traduit par l'apparition d'une polarisation électrique[...]