Qu'est-ce qu'un moteur piézoélectrique?
Un moteur piézoélectrique est un dispositif qui crée un mouvement lorsqu'un champ électrique crée un mouvement dans certains cristaux ou matériaux synthétiques. La piézoélectricité a été mise en évidence pour la première fois dans les années 1880, lorsqu'il a été découvert que les cristaux de quartz créaient des courants électriques lorsqu'ils étaient soumis à des contraintes de frappe ou de compression. Cet effet est à l'opposé de ce qui alimente un moteur piézoélectrique, où l'électricité est utilisée pour créer un mouvement à partir d'un matériau sensible au champ électrique.
La nécessité de ces moteurs a augmenté à la fin du 20ème siècle avec une demande croissante de miniaturisation. Les moteurs électriques standard ont une limite pratique de taille minimale, en dessous de laquelle ils ne peuvent pas fonctionner de manière fiable. Un moteur piézoélectrique peut être fabriqué à l’échelle miniature, permet un mouvement précis par petits incréments et consomme très peu d’énergie pendant le fonctionnement ou au repos.
Il y a très peu de pièces dans un moteur piézo. Un oscillateur haute fréquence fournit une fréquence qui excite le matériau piézoélectrique. Ce matériau changera de forme en fonction de ses propriétés cristallines. Le mouvement résultant fait que le matériau entre en contact avec une glissière ou un rouleau.
La glissière ou le rouleau est recouvert d'un caoutchouc souple ou d'un polymère, appelé revêtement antifriction, qui permet au matériau piézoélectrique de le saisir et de le déplacer. Chaque fois que l'oscillateur crée une impulsion de fréquence, le matériau est excité et se déplace. Cela provoque un mouvement de la glissière ou du rouleau.
Un moteur piézoélectrique exploite cet effet en activant et désactivant rapidement la fréquence d'oscillation. Chaque impulsion crée un mouvement petit mais bien défini du matériau piézo, et les cycles de fréquence rapides créent un mouvement continu. Les glissières peuvent remplacer les rotors pour un mouvement de va-et-vient pouvant servir d'interrupteur.
Le plus grand avantage de ces moteurs a été la miniaturisation. Il existe également d'autres avantages, notamment une consommation d'énergie réduite et une maintenance réduite. Un moteur piézoélectrique est également relativement peu affecté par les interférences magnétiques et électriques, car la structure cristalline nécessite des fréquences spécifiques pour créer un mouvement.
Les cristaux naturels, notamment le quartz et la tourmaline, peuvent fournir des propriétés piézoélectriques. Les céramiques à base de titane et d'autres minéraux sont couramment utilisées. Certains polymères basés sur la technologie des polymères fluorés peuvent également présenter des propriétés piézoélectriques.
Un moteur électrique standard peut fournir une vitesse élevée avec un couple faible, la force de torsion qui provoque la rotation. Les moteurs piézo, quant à eux, fonctionnent à des vitesses plus basses mais ont un couple élevé pour leur taille. De plus, ils peuvent fournir des mouvements très précis impossibles avec les moteurs électriques. La possibilité de miniaturiser à l'échelle nanométrique, ou microscopique, leur permet d'être utilisés dans une grande variété d'applications médicales, industrielles et grand public.