Technologies des actionneurs piézoélectriques
Les actionneurs piézoélectriques, suivant les acceptions communes, regroupent de nombreux concepts. Tout système utilisant un effet piézo est potentiellement un actionneur piézo. Pour être plus précis, la classification suivante sera appliquée en fonction des effets et de l’utilisation.
L’effet piézoélectrique direct a été découvert par Pierre et Jacques Curie en 1880 : appliquer une charge mécanique sur certains cristaux tels que le Quartz ou les sels de Rochelle fait apparaitre des charges électriques. Cet effet est utilisé pour réaliser des capteurs de forces, ou bien des générateurs électriques à partir de vibrations. Les actionneurs standards de Cedrat, tels que les APA® peuvent être utilisés pour ces fonctions car l’effet piézoélectrique direct est naturellement présent dans tous les actionneurs piézos. CEDRAT TECHNOLOGIES peut aussi développer des capteurs, ou des générateurs spécifiques tels que présentés dans les sections correspondantes.
L’effet piézoélectrique inverse, l’effet fondamental utilisé pour réaliser des fonctions d’actionnement, est la déformation d’un matériau piézoélectrique créé par l’application d’un champ électrique.
Depuis les années 60, les matériaux les plus communs pour les actionneurs sont les céramiques PZT (Plomb, Zirconium, Titane). Les céramiques piézo sont polarisées, et recouvertes d’électrodes pour pouvoir générer le champ électrique d’excitation. Elles offrent des déformations de l’ordre de 300 ppm pour un champ de 600kV/m. Ce champ nécessite de hautes tensions, excepté à la résonance grâce au facteur Q qui permet d’obtenir la pleine déformation avec des tensions réduites. Cette méthode qui conduit à des « actionneurs résonants » fut développée en premier lieu par Paul Langevin en 1917 pour la fabrication de transducteurs sonar. Elle est toujours utilisée par Cedrat pour concevoir divers générateurs de vibrations, sons et ultrasons ainsi que des systèmes de détection.
Les céramiques multicouches (MLA) ont été développées dans les années 90 pour réduire la tension à appliquer hors résonance. Grâce à une structure basée sur des couches de PZT de 50 à 100 µm placées entre des électrodes internes, le champ électrique maximal peut atteindre 2MV/m avec une tension de moins de 200V, conduisant à une déformation de l’ordre de 1000 ppm. Dans un sens plus restreint, les actionneurs piézo sont des actionneurs contrôlables à base de céramiques multicouches pour réaliser des actionneurs monoblocs utilisant des déformations induites électriquement.
Les actionneurs piézoélectriques standards de CEDRAT TECHNOLOGIES, tels que les PPA et les APA® utilisent ainsi ces matériaux piézo depuis plus de 10 ans. Les céramiques multicouches disponibles sur le marché ont été comparées en termes de performance et de fiabilité dans un contexte d’activité spatiale, au bénéfice aujourd’hui de tous les clients, spatiaux et non spatiaux.
Sont présentés dans les exemples suivant de nouveaux actionneurs, ou des actionneurs adaptés associés à leurs électroniques développés par Cedrat : Actionneurs percés, double amplification pour atteindre des courses de plusieurs millimètres, actionneur à précontrainte renforcé, pour résister aux vibrations les plus sévères, très petits ou très gros actionneurs …
Les mécanismes piézo et les moteurs piézo sont des produits plus complexes que Cedrat Technologies développe aussi et sont présentés dans d’autres sections.
Pour en savoir plus, consultez aussi nos publications relatives aux actionneurs piézo.
