Ça fait des étincelles

"L'humanité tirera plus de bien que de mal des découvertes nouvelles."

Pierre Curie

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Bonjour,
Aujourd'hui : "Ça fait des étincelles"
Où l’on découvre ce que font certains cristaux quand ils sont pressés.

1880, Paris. La nuit est tombée sur la Faculté des Sciences. Deux frères sont penchés sur leur victime, coincée dans un étau. Ils serrent de plus en plus, jusqu’à ce que la victime craque et produise… de l’électricité !

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Pas d’inquiétude, la "victime" en question n'est qu'un simple cristal de quartz, et les deux "bourreaux", Jacques et Pierre Curie. Ils viennent de découvrir la piézoélectricité.

Des cristaux de quartz, 2010, Muséum Senckenberg, Francfort-sur-le-Main, photo : Eva K
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La quoi ? Piézo-électricité, du grec piézein, qui veut dire "presser". C’est la propriété de certains matériaux à délivrer du courant quand on les déforme. C’est-à-dire quand ils sont étirés ou écrasés, dans un étau par exemple. Il s’agit là de l’effet direct.

Car l’effet inverse existe aussi : quand on applique un courant à un matériau piézoélectrique, il se déforme.

L’appareil de mesure utilisé par les frères Curie, 2019, Musée national d'Écosse, Édimbourg, photo : Dougsim
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Un matériau piézoélectrique est un assemblage de "cations", des atomes avec une charge électrique positive, et "d’anions", des atomes avec une charge négative. À l’état normal, leur arrangement rend la charge électrique globale du matériau nulle.

Mais si on le déforme correctement, sa structure se modifie. Et cela crée une différence de charge électrique, autrement dit : une tension. Certains cristaux naturels, comme le quartz ou la topaze, ont cette propriété, mais on peut aussi en fabriquer.

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Et les applications sont innombrables. L’effet direct de la piézoélectricité se retrouve dans un objet du quotidien : l’allume-gaz ! Une pression sur la gâchette comprime un ressort, qui relâche un heurtoir, qui heurte un quartz. Ce dernier génère alors une forte tension et libère une étincelle.

Un allume-gaz, 2018, photo : un-perfekt
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L’effet inverse, quant à lui, se cache dans les montres à quartz : lorsqu'on excite électriquement un quartz, il se met à vibrer très précisément. En comptant les oscillations, on peut mesurer le temps.

Une montre à quartz ouverte, on distingue : le résonateur à quartz (canette métallique, à gauche), la pile bouton (à droite) et la bobine du moteur pas-à-pas (en bas), 2018, photo : Scharf82
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Mais ce n’est pas tout. Les scientifiques planchent sur des trottoirs piézoélectriques qui pourraient générer du courant grâce… aux pas des passants ! Pour avoir de l’éclairage public, plus question de traîner les pieds !