Comment fonctionne un piézo électrique?

Comment fonctionne un piézo électrique?

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L’électricité piézoélectrique n’utilise pas de connexions électriques, bien que certains appareils utilisent des fils afin de diriger l’étincelle vers un certain endroit. Ces appareils utilisent souvent un bouton-poussoir pour l’allumage. Par rapport aux briquets classiques, les appareils piézoélectriques ne produisent qu’une seule étincelle. Ils sont faciles à utiliser et assez rentables au fil du temps.

Les briquets piézo-électriques sont de plus en plus populaires. Les utilisateurs qui recherchent un briquet durable ne nécessitant pas le remplacement constant de la pierre apprécieront ces briquets innovants. Lorsque l’on appuie sur le bouton d’un allumeur piézoélectrique, un marteau à ressort frappe le quartz afin de créer une étincelle. C’est le processus typique utilisé dans ces briquets. Cela crée la quantité de tension nécessaire pour générer une étincelle.

Les dispositifs piézoélectriques sont beaucoup plus durables que les dispositifs qui dépendent du silex. Le quartz est un matériau durable et est à peine affecté lorsqu’il est frappé par le petit marteau à ressort. En même temps, ce processus crée suffisamment d’énergie pour produire une étincelle. Contrairement au silex, le quartz peut être frappé des milliers de fois sans présenter la moindre usure. Pour un usage fréquent, ces briquets constituent l’option la plus efficace et la plus performante. À long terme, ils permettent d’économiser de l’argent et du temps, car ils fournissent en permanence une étincelle fiable. Dans de nombreux cas où une source de feu est nécessaire, ces briquets constituent une solution idéale.

Matériaux piézoélectriques

L’allumage piézoélectrique est un type d’allumage utilisé dans les réchauds de camping portables, les grils à gaz et certains briquets[1]. L’allumage piézoélectrique utilise le principe de la piézoélectricité, qui, en résumé, est la charge électrique qui s’accumule dans certains matériaux en réponse à une déformation mécanique. Il se compose d’un petit marteau à ressort qui, lorsqu’on appuie sur un bouton, frappe un cristal de PZT. Cette déformation soudaine et violente produit une haute tension et une décharge électrique subséquente, qui enflamme le gaz.

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Aucune connexion électrique externe n’est nécessaire, bien que des fils soient parfois utilisés pour éloigner l’emplacement de l’étincelle du cristal lui-même. Les systèmes d’allumage piézoélectriques peuvent être actionnés par un levier, un bouton-poussoir ou intégrés au bouton de commande. Une étincelle électrique est généralement produite une fois par rotation du bouton ou par pression sur le bouton.

Générateur piézoélectrique

La piézoélectricité est un phénomène qui signifie qu’il existe un couplage entre l’état électrique et l’état mécanique du matériau. Lorsqu’un morceau de matériau piézoélectrique est déformé mécaniquement, par exemple comprimé, un courant circule et charge ses faces. Et inversement, il se déforme lorsqu’il est soumis à un champ électrique.

Le phénomène a été découvert en 1880 par Paul-Jacques Curie, et son frère cadet, Pierre, époux de la célèbre Marie Curie. Outre les matériaux déjà mentionnés, il en existe beaucoup d’autres qui présentent des propriétés piézoélectriques, comme le saccharose, la soie, le sel de Rochelle, le PVDF et de nombreuses céramiques. Mais pourquoi tous les matériaux ne présentent-ils pas cette propriété ? La raison en est que pour que la piézoélectricité apparaisse, le matériau doit être cristallin mais ne doit pas avoir de centre de symétrie. Pourquoi, nous le verrons bientôt.

La manifestation du courant induit par la pression trouve son origine dans le réarrangement des charges au sein du matériau. À l’état d’équilibre, lorsque le matériau n’est pas chargé, la disposition des charges dans le réseau du matériau est telle que la cellule unitaire n’est pas chargée, Fig 1 A. Cependant, lorsque le matériau est déformé mécaniquement, il y a une redistribution des charges dans la cellule unitaire. Cette redistribution va induire des charges nettes sur les faces de la cellule unitaire et donner lieu à un moment dipolaire net, Fig 1B et 1C.

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Allumeur piézoélectrique

Certains matériaux ont la capacité de produire de l’électricité lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique. C’est ce qu’on appelle l’effet piézoélectrique. Cette contrainte peut être provoquée en frappant ou en tordant le matériau juste assez pour déformer son réseau cristallin sans le fracturer. L’effet fonctionne également de manière inverse, le matériau se déformant légèrement lorsqu’on lui applique un petit courant électrique. La piézoélectricité a été découverte il y a plus de cent ans et a de nombreuses applications aujourd’hui. Elle est utilisée dans les horloges électroniques, les fours à gaz, les imprimantes à jet d’encre et de nombreux autres appareils. Elle est également utilisée dans les instruments scientifiques qui nécessitent des mouvements extrêmement précis, comme les microscopes.

Pierre Curie et Jacques Curie, deux physiciens français qui étaient également frères, ont découvert l’effet piézoélectrique en 1880. Pierre Curie partagera plus tard le prix Nobel avec sa femme, Marie Curie, et Henri Becquerel pour leurs travaux sur les rayonnements. Les frères Curie ont seulement découvert que les matériaux piézoélectriques peuvent produire de l’électricité, et non que l’électricité peut les déformer. L’année suivante, Gabriel Lippmann découvre cet effet inverse. Malgré ces découvertes passionnantes, il faut attendre le début du vingtième siècle pour voir apparaître des dispositifs pratiques. Aujourd’hui, on sait que de nombreux matériaux tels que le quartz, la topaze, le sucre de canne, le sel de Rochelle et l’os ont cet effet.