Un transducteur piézoélectrique est un appareil qui transforme un type d’énergie en un autre en tirant parti des propriétés piézoélectriques de certains cristaux ou d’autres matériaux. Lorsqu’un matériau piézoélectrique est soumis à une contrainte ou à une force, il génère un potentiel ou une tension électrique proportionnel à l’amplitude de la force. Cela rend ce type de transducteur idéal comme convertisseur d’énergie mécanique ou de force en potentiel électrique.
La haute sensibilité des transducteurs piézoélectriques les rend utiles dans les microphones, où ils convertissent la pression acoustique en tension électrique, dans les balances de précision, dans les accéléromètres et les détecteurs de mouvement, et comme générateurs et détecteurs d’ultrasons. Ils sont également utilisés dans les essais non destructifs, dans la génération de hautes tensions et dans de nombreuses autres applications nécessitant une détection précise du mouvement ou de la force.
L’effet piézoélectrique fonctionne également en sens inverse, en ce sens qu’une tension appliquée à un matériau piézoélectrique provoquera la flexion, l’étirement ou la déformation de ce matériau. Cette déformation est généralement très légère et proportionnelle à la tension appliquée, et donc l’effet inverse offre une méthode de mouvement de précision à l’échelle micro. Un transducteur peut donc être utilisé comme actionneur pour le réglage exact d’instruments optiques fins, de lasers et de microscopes à force atomique.
Ces appareils peuvent être utilisés à la fois comme capteurs et actionneurs, ils sont donc appelés transducteurs, un terme appliqué à tout appareil capable de convertir une forme d’énergie en une autre. En conséquence, les capteurs piézoélectriques et les actionneurs piézoélectriques relèvent de cette rubrique. Le capteur transforme l’énergie mécanique en potentiel électrique et l’actionneur convertit l’énergie électrique en force ou mouvement mécanique.
La tension générée par les transducteurs piézoélectriques peut être assez élevée, souvent dans les milliers de volts, mais est brève, se produisant uniquement lorsque le matériau est initialement déformé. Cela les rend utiles dans les briquets électroniques et les allumeurs à bouton-poussoir pour les cuisinières à gaz et les grils. Dans ces applications, appuyer sur un bouton active un petit marteau à ressort, qui frappe un matériau piézoélectrique et génère une tension suffisante pour faire sauter un arc électrique entre les électrodes exposées de l’allumeur.
Considéré à l’origine comme une propriété uniquement de types spécifiques de cristaux comme le quartz et la topaze, les progrès de la science des matériaux ont abouti à la création de polymères et de céramiques qui présentent également des propriétés piézoélectriques. En fait, le matériau piézoélectrique le plus couramment utilisé actuellement est le titanate de zirconate de plomb en céramique synthétique, connu sous le nom de PZT. Ce matériau a la capacité de fournir deux fois la tension du quartz sous une force donnée.
Ces transducteurs sont simples, fiables et très robustes, et trouvent donc une large utilisation dans l’industrie, la médecine et le travail aérospatial. Ils ne sont pas affectés par les champs électromagnétiques externes et peuvent donc être utilisés dans des applications où les capteurs électroniques tomberaient en panne. Ils sont stables sur une large plage de températures, mais peuvent être affectés par une utilisation prolongée à des températures élevées.