Description de la piézoélectricité - échelle cristalline
L'effet piézoélectrique résulte d'un déplacement des atomes (chargés positivement ou négativement) à l'intérieur de certains solides déformables (matériaux piézoélectriques), qui présentent des structures cristallines particulières (on parle de cristal piézoélectrique) ne présentant pas de centre de symétrie.
L'effet piézoélectrique peut être considéré à l'échelle microscopique comme un déplacement interne du barycentre des charges électriques positives et du barycentre des charges électriques négatives dans une même structure cristalline, lorsque tous les atomes se déplacent les uns par rapport aux autres sous l'effet d'une déformation du cristal.
Lorsque ces barycentres de charges positives et négatives sont distincts, il y a polarisation (électrique) du cristal, qui se traduit par un moment dipolaire
, où q est la charge et l la distance séparant les deux charges (cf figure).
Attention :
il n'y a pas de "déplacement de charge" dans la mesure où toutes les charges restent confinées dans le matériau, conservant sa neutralité électrique.
Informations[1]L'effet piézoélectrique peut être considéré à l'échelle macroscopique comme une polarisation électrique d'un solide (3D) déformable, sous l'effet de forces appliquées sur sa surface (et en particulier de pression)
Si les faces du solide sont métallisées on peut ramener le problème à un condensateur plan au sein duquel on voit "apparaître" des charges lorsque des forces sont appliquées sur le solide
Réciproquement, si on applique une tension sur les faces du "condensateur", on voit apparaître un champ électrique à l'intérieur du matériau.
Ce champ sépare les barycentres des charges positives et négatives présentes à l'intérieur du matériau, ce qui peut se traduire soit par une déformation du matériau (si le matériau est libre de se déformer), soit par l'apparition d'une force (si on empêche le matériau de se déformer).
