Ce travail a pour objectif la détermination des propriétés fonctionnelles des matériaux piézoélectriques : les coefficients de couplage, les constantes élastiques, piézoélectriques et diélectriques, de même que les pertes électriques et mécaniques. De nos jours, les techniques conventionnelles d’identification de ces paramètres utilisent plusieurs échantillons. Dernièrement le laboratoire a développé (Delaunay et al.) une méthode ultrasonore de caractérisation de matériaux piézoélectriques permettant de déterminer ces propriétés à partir d’un seul échantillon. Cette méthode, basée sur la spectroscopie de résonance ultrasonore, examine les modes de vibrations d’un cube piézoélectrique et extrait des résonances mécaniques mesurées par interférométrie Laser les propriétés électromécaniques de l’échantillon. Dans ce travail, cette méthode a été modifiée afin d’obtenir les propriétés électromécaniques des matériaux à partir d’une seule mesure d’impédance électrique. Dans un premier temps, le problème direct est résolu ; les fréquences propres et les modes propres d’un cube sont modélisés par une méthode variationnelle ; les champs de déplacement et l’admittance électrique sont calculés en fonction de la fréquence. La géométrie étant fixée, forme cubique, l’admittance dépend seulement des propriétés du matériau et des conditions de métallisation de l’échantillon. La méthode est validée à travers la caractérisation d’un cube de PMN-34,5PT dont les propriétés sont connues. Les mesures électriques de l’impédance de l’élément sont comparées au spectre d’admittance prédit par la théorie. Les vitesses de vibration du matériau sont également mesurées et comparées aux résultats donnés par les modèles existants. La résolution du problème inverse, permet de déterminer les propriétés d’un matériau inconnu, à travers la convergence de courbe d’admittance théorique vers celle expérimentale. Les propriétés du PZ-21 sont extraites grâce à cette procédure. Une discussion sur ces valeurs et une comparaison avec celles de la littérature permet de valider les résultats obtenus. / This work deals with the determination of electromechanical properties of piezoelectric materials: coupling coefficients, elastic, dielectric and piezoelectric constants, electrical and mechanical losses. Until now, several samples are needed in conventional techniques to perform the complete identification of the material properties. Recently, Delaunay et al. proposed an ultrasonic protocol allowing the determination of these characteristics from only one sample. This method, referred to as Resonant Ultrasound Spectroscopy, is based on the comparison of the mode shapes and frequencies of modeled vibration modes of piezoelectric parallelepipeds with experimental data measured by Laser interferometry. It is here modified to obtain the electromechanical properties from electrical impedance measurements only. The direct problem is first solved: the resonance modes of a two face metalized piezoelectric cube are modeled and both mechanical displacements and electrical impedance are calculated as functions of the frequency. The method is first applied for validation on a PMN-34.5PT material with known properties. Electrical impedance and mechanical velocity measurements are performed and their agreement to the theoretical predictions is discussed. In order to determine the properties of unknown materials, the inverse problem is solved by fitting the theoretical impedance curves to experimental ones. This procedure is then applied to the identification of the properties of PZ-21. The results are discussed and compared to data from the literature.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013TOUR4015 |
| Date | 28 June 2013 |
| Creators | Diallo, Oumar |
| Contributors | Tours, Feuillard, Guy, Le Clézio, Emmanuel |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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