Travaux Personnels Encadrés
Le capteur piézoélectrique
OBJECTIF : Allumer une DEL assez longtemps pour que l'énergie électrique fournie par notre céramique soit considérée comme durable !
 1. Un quartz relié à un voltmètreIci, nous exerçons une pression sur un cristal de quartz avec nos doigts. Le cristal est relié à un voltmètre pour mesurer la tension délivrée, qui est nulle. |  2. Un quartz relié à un voltmètreOn presse le quartz dans un étau pour exercer une force plus importante. Mais là encore, aucun résultat |  3. DEL reliées à notre céramiqueNous avons reliées deux DEL à notre capteur piézoélectrique. Après avoir frappé sur notre céramique, les DEL se sont allumées successivement mais de manière ponctuelle. |
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 4. Condensateur |  5. Redresseur |  6. Montage finalEnfin, nous avons monté un circuit avec notre capteur piézoélectrique, notre redresseur, notre condensateur, notre interrupteur et notre DEL. Après avoir chargé notre condensateur, nous avons fermé le circuit avec l'interrupteur et notre DEL s'est allumée, sans utiliser de générateur. |
Quelques explications
Sachant qu'une pression exercée sur un quartz donne une tension (effet direct de la piézoélectricité), nous avons tous simplement pressé un cristal de quartz avec nos mains, en reliant ce quartz à un voltmètre.
Comme nous n'obtenions aucun résultat, nous avons opté pour un étau, capable d'exercer une pression plus importante.
Nous avons placé le quartz entre deux plaques de cuivres permettant d'accrocher les fils reliés au voltmètre, dans l'étau.
Les résultats n'ont pas été concluants (le voltmètre affiche 0V).
(Images 1 et 2 et rubrique "Aspect Physique")
Nous avons relié notre céramique à deux DEL. Nous avons dit précédemment que nos céramiques délivraient une tension alternative. Voir rubrique "Nos céramiques".
Si nous n'avions mis qu'une seule DEL, elle aurait pu être détruite par une tension inverse (négative) trop importante.
En reliant la céramique à deux DEL, celles-ci se sont allumées successivement, mais de manière ponctuelle à chaque coup de stylo sur notre céramique. (Image 3)
Puisque la tension que notre capteur piézoélectrique délivre est ponctuelle, il faut pouvoir stocker l'énergie électrique pour pouvoir allumer une DEL plus longtemps.
C'est le rôle d'un condensateur. (Image 4)
Pour choisir la capacité de notre condensateur, nous avons réalisé une étude de dimensionnement. Nous nous sommes appuyé sur les formules suivantes et de la courbe extraite d'un oscilloscope. (Image 3 dans la rubrique "Nos céramiques")
q = C x U
Donc C = q / U
q = I x t
Avec :
q : la charge électrique en coulomb (C)
C : la capacité du condensateur en farad (F)
U : la tension en volt (V)
I : l'intensité en ampère (A)
t : le temps en seconde (s)
Donc si on connecte directement un condensateur, dans un premier temps, le courant positif va le charger, mais dans un second temps, le courant négatif va le décharger.
Le condensateur est donc un composant particulier capable d’emmagasiner puis de restituer des charges électriques et de l’énergie.
Nous avons expliqué qu'il fallait un courant toujours dans le même sens pour stocker les charges fournies par notre céramique dans le condensateur. Mais attention, celle-ci délivre un courant alternatif. Il faut donc redresser ce courant alternatif.
C'est le rôle du redresseur. Nous avons donc réalisé un pont de diodes. (Image 5)
Nous avons réussi, après avoir chargé notre condensateur en frappant une cinquantaine de fois sur notre céramique, à allumer notre DEL qui a fortement brillé mais très brièvement.
Pour que notre DEL s'allume plus longtemps, nous avons pris une résistance de 20 kilo ohms, branchée en série dans notre montage, car un condensateur se décharge plus lentement s'il le fait à travers une résistance. (Image 6)
La DEL, avec la résistance brille plus longtemps, mais avec moins d'éclat.
Nous avons pu réalisé un montage qui nous permet d'allumer une DEL assez lontemps de sorte que l'énergie fournie par notre céramique soit consiédée comme une source.
Nous avons donc pu remplir notre objectif !