ORAL DU BAC N°2 : Enquoi la technologie utilisant la piezoéléctricité peut elle améliorer notre empreinte carbone ?

« ORAL DU BAC N°2 : Enquoi la technologie utilisant la piezoéléctricité peut elle améliorer notre empreinte carbone ? Bonjour à tous ! Il y a quelques temps j’ai vu un reportage concernant le concours L’épine de Paris.

Dans ce reportage, à un moment on voit un journaliste présenter une innovation tout à fait intéressante.

En effet, une entreprise du nom de « fight for énergy »a créé un sac de frappe ou punching ball qui, quand on le frappe produit de l’électricité et recharge notre téléphone.

Je me suis tout de suite posé une question Comment ça marche ? Suite a cela j’ai fait des recherches et j’ai décider d’en faire mon sujet de grand oral.

Ainsi on essaiera de répondre a la question suivante, en quoi la technologie piézoélectrique peut elle améliorer notre empreinte carbone ? L’empreinte carbone est une mesure des émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine.

Ainsi on se pose la question si la piézoélectricité pourrait nous aider a réduire nos émission de carbone et donc diminuer a notre échelle le réchauffement climatique. Nous détaillerons premièrement l’origine de la découverte ainsi que le concept de la technologie piézoélectrique en utilisant des exemples pour facilité la compréhension puis nous verrons étudierons le sac de frappe et nous verrons sa complexité d’alalyse. Nous terrminerons par avancé quelques inventions qui pourrait révolutionner le futur grace a la piézoelectricité Nous conclurons par avancer la plu-valu de cette technologie. I) Origine et présentation de la piézoélectricité A)origine et expliction Commencons donc par le plus important, la piézoélectricité c’est quoi ? La piézoélectricité est un phénomènes qui se produit dans certains matériaux, comme le quartz et certaines céramiques, lorsqu’ils sont soumis à une préssion mécanique ou à un champs élétrique.

Cela crée une séparition de charge et génère une tension electrique.

Revenons a son origine pour l’expliquer en détail.

Le découvreur de cette propriété est l'abbé René Just Haüy (1743-1822) en 1817, en étudiant le spath d'Islande. L'effet piézoélectrique a été mis en évidence par Pierre Curie et par son frère Jacques, en 1880.

Ils ont alors non seulement apporté la preuve expérimentale de son existence - soumis à une tension électrique, le quartz vibre à une fréquence stable et définie -, mais aussi théorisé les principales lois qui le régissent. La piézoélectricité est principalement observée dans les matériaux cristallins qui ne possèdent pas de centre de symétrie.

Dans ces matériaux, la déformation mécanique induit un déplacement des charges positives et négatives dans des directions opposées, ce qui crée une polarisation électrique et génère une tension.

L’équation de base qui décrit ce phénomène est: U=d*F où U est la tension générée, d est le coefficient piézoélectrique qui varie en fonction de l’eppaisseur du marériaux de sa surface et du matériau, et F est la force appliquée Le coefficient piézoélectrique, noté d, est une mesure clé de l’efficacité avec laquelle un matériau piézoélectrique peut convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. Prenons un exemple : Quand une pression agit, l'asymétrie des charges génère une tension.Ainsi un quartz de 1 cm³ soumis à une force de 2 kN peut produire environ 12 500 V.

On a là donc un capteur de pression. L'effet piézoélectrique inverse fait que, lorsqu'on applique un champ électrique, une force importante est créée (de l'ordre de la dizaine de MN), causant un déplacement de quelques nanomètres. Montrer le schéma avec le quartz... B)exemple 7Je vais maintenant parler des exemple les plus connu de l’utilisation de la piézoelectricité.

On a l’exemple le plus courant avec le quartz et l’horlogerie.

En effet dans une montre dite a quartz, on distingue un effet piézoélectrique.

Expliquons le : Dans une montre de ce type on a une pile qui envoie de l’electricité a une petit surface de quartz qui va réagirent et réaliser de petite impulsions a intervalles réguliers.

Il est important de remarquer que la charge électrique émise par la lame de quartz est calculable, car elle dépend uniquement de ses dimensions géométriques (types de strusture géométrique) et de la tension utilisé. Aussi prenons l’expemple d’un objet que, je suis sûr, vous utiliseze tous les jours.

Je parle des allumeurs de gaz.

En effet, on utilise des allumeur Piezo avec une gachette qui avec une pression produit des petits arcs électrique.

C’est petits arc electrique réalisent une étincelle qui mettent feu au gaz. II) La premiere invention utisant la pièzoelectricite L’instrument inventé par Jacques et Pierre Curie est un générateur de petites quantités d’électricité, précisément connues. Une fine lame de quartz, savamment taillée, est accrochée à la partie supérieure de l’instrument.

Pour recueillir les charges électriques qu’elle peut émettre par effet piézo-électrique, elle est recouverte sur ses deux faces d’une fine couche métallique à laquelle est soudé un fil électrique. Au bas de la lame de cristal de quartz on accroche un plateau, sur lequel il est possible de poser des poids.

Lorsque l’on pose (ou l’on enlève) un poids sur le plateau, le quartz est ainsi étiré (ou relâché), et émet de l’électricité, avant de se stabiliser à nouveau.

Il est important de remarquer que la charge électrique émise par la lame de quartz est calculable, car elle dépend uniquement de ses dimensions géométriques, et du poids utilisé. Au laboratoire Curie de l’Institut du radium, de nombreux quartz piézoélectriques sont utilisés pour effectuer les mesures de radioactivité, et ce au moins jusqu’aux années 1950 ! Cet instrument est introduit par Marie et Pierre Curie dès 1898 dans leur méthode de mesure de la radioactivité, appelée aujourd’hui « méthode Curie ».

Lors de cette mesure, les deux scientifiques compensent la charge électrique inconnue produite par l’échantillon radioactif, avec la charge électrique connue générée par le quartz.

La méthode de compensation leur permet de mesurer, en utilisant un électromètre à quadrant, des courants très faibles, de l’ordre de 10-13 ampères.

Ces mesures, très précises, leur permettent de détecter dès 1898, dans les minerais d’uranium, la présence de quantités infimes de deux nouveaux éléments chimiques radioactifs : le polonium et le radium. III) Autre inventions possibles Maintenant imaginez une maison ou toutes les sol sont fait en matériaux piézoelectriques, aps forcément du quartz mais certeins style de céramique par exemple.

Avec nos pas on pourrait donc créer de l’energie et donc de l’electricité que l’on pourrait ensuite stoker dans des condensateurs pour ensuite réutiliser cette energie ! Bon détaillons ce systeme qui paraît sortir tout droit du fututr.

On a vu que la piezoelectricité peut former de l’energie electrique a partir d’energie mecanique le tout grace a aun deplacement de charge, celle ci du a la forme de la cellule et qui est deformé par une pression mécanique.

De ce fait il semble totalement possible que si on marche sur un matériaux piezoelectrique il se prduit de l’enegie electrique.

On a vu que cette energie deppend de la force=ma, de l’epaisseur du materiaux, de la surface( pied).... »