PIÉZO-ÉLECTRICITÉ

Cristaux divers

La piézo-électricité ne se manifeste que pour certaines classes de géométrie cristalline. Reconnue et étudiée dans de nombreux cristaux, parmi lesquels on peut citer les sulfates, les phosphates, les sucres, la tourmaline, le sel de Seignette, le monophosphate d'ammonium (A.D.P.), le tartrate d'éthylène diamine (E.D.T.) et le tartrate dipotassique (D.K.T.), elle n'est exploitée pratiquement que dans le quartz.

La tourmaline (silicate de bore, aluminium et autres métaux) a une grande importance historique. Elle présente l'effet pyro-électrique dont lord Kelvin découvrit la théorie. Les frères Curie relièrent les effets pyro- et piézo-électriques.

Le sel de Seignette (Rochelle salt) est un tartrate de sodium et de potassium hydraté. C'est un cristal synthétique obtenu par croissance en solution saturée. Présentant un effet piézo-électrique intense, il a été longtemps utilisé dans les microphones, les têtes de pick-up et autres systèmes électro-acoustiques. Sa tendance à la désagrégation en atmosphère humide lui fait préférer maintenant les céramiques piézo-électriques.

L'A.D.P., l'E.D.T. et le D.K.T. sont des cristaux synthétiques imaginés et utilisés pendant les années quarante. Le premier, qui ne contient pas d'eau de cristallisation, est stable en atmosphère humide. Il a été employé dans des générateurs d'ultrasons. Le deuxième a servi à la réalisation de filtres de fréquences à large bande et le dernier a été employé comme substitut du sel de Seignette. Ils sont aujourd'hui détrônés par le quartz et par les céramiques piézo-électriques.

Quartz

Le quartz est une forme cristalline de la silice (SiO₂) dont d'autres formes cristallines existent en abondance (silex, agate, calcédoine, etc.). On le trouve sous forme naturelle exploitable au Brésil, à Madagascar et en ex-U.R.S.S..

Sa forme cristalline courante est dite « forme α ». Chauffée à 573 ⁰C, elle se transforme en « forme β », pratiquement non piézo-électrique. Le quartz fond à 1 750 ⁰C. C'est un matériau dur (7 dans l'échelle de Mohs), normalement incolore et transparent, très stable dans la plupart des conditions d'environnement usuelles.

Il est cristallisé sous forme trigonale et présente un axe de symétrie principal d'ordre 3 et trois axes d'ordre 2. Le cristal a la forme d'un prisme hexagonal, terminé par deux pyramides complexes. Le quartz est énantiomorphe, c'est-à-dire qu'il existe sous deux formes symétriques, droite et gauche. Ces deux formes coexistent fréquemment dans un même bloc cristallin, alors « maclé ». Les macles, ainsi que les nombreuses autres imperfections du quartz naturel, doivent être éliminées au cours de l'usinage des cristaux.

Depuis plusieurs années, on sait produire en grandes quantités des cristaux de quartz synthétique, à partir d'une solution alcaline à pression et température élevées. On peut faire croître ces cristaux suivant une direction privilégiée, ce qui permet lors de leur découpe d'obtenir un rendement optimal.

L'utilisation du quartz impose que le cristal soit découpé en lames d'où seront tirés des parallélépipèdes, des cylindres et des lentilles dont les dimensions définiront les propriétés vibratoires. De toute façon, ces lames doivent être très précisément orientées par rapport aux axes cristallographiques du cristal.

On appelle axe Z, ou axe optique, l'axe de symétrie d'ordre 3, parallèle à la longueur du quartz. Aucune propriété piézo-électrique ne lui est associée. L'axe X (électrique) et l'axe Y (mécanique) sont dans un plan perpendiculaire à Z. Il existe 3 axes X et 3 axes Y déduits les uns des autres par rotation de 120⁰ autour de Z. C'est par rapport à ces axes que sont définies les « coupes[...]