Les sonars utilisés pour l’imagerie ultrasonore sous-marine et les sondes échographiques utilisées pour l’imagerie ultrasonore médicale sont des dispositifs électro-acoustiques intégrant des matériaux dits intelligents. Dans certains cas, ces matériaux sont des céramiques piézoélectriques qui convertissent, sous forme de vibrations, l’énergie électrique en énergie mécanique et vice-versa. Les caractéristiques de ces céramiques dépendent de leur histoire d’utilisation à la fois mécanique et électrique. Elles ont donc un double effet mémoire.

Sur le campus de Blois de l’INSA Centre Val de Loire, des travaux de recherche portent sur ces céramiques piézoélectriques. En 2023, une collaboration entre les laboratoires GREMAN et LaMé de l’INSA Centre Val de Loire a été initiée et a pour objectif de mieux comprendre le comportement et le vieillissement de ces céramiques. Pour cela, un banc expérimental a été développé et permet de tester ces céramiques en les soumettant à des sollicitations externes d’origine mécanique et/ou électrique des plus usuelles jusqu’à des conditions d’utilisation extrêmes.

Ces céramiques ont des propriétés particulières qui s’expliquent par leur composition chimique et leur procédé de fabrication (pression et température utilisées) conditionnant leur structure microscopique. La propriété de piézoélectricité apparaît après les avoir soumises à une forte tension électrique continue de l’ordre de plusieurs milliers de Volts pour une céramique d’un millimètre d’épaisseur.

Après ces différentes étapes, une céramique devient fonctionnelle et dispose de caractéristiques initiales avant utilisation. Ces caractéristiques peuvent être définies par des paramètres mécaniques, par exemple sa géométrie (longueur, largeur, hauteur), ainsi que par des paramètres électriques, par exemple sa polarisation (positions de charges électriques positives et négatives). Durant son utilisation, elle est sollicitée mécaniquement par l’intermédiaire de forces appliquées ou électriquement par l’intermédiaire de tensions appliquées, et ses caractéristiques évoluent. Néanmoins, lorsque la sollicitation s’arrête, elle ne revient pas à ses caractéristiques initiales mais garde une mémoire, parfois imparfaite, des sollicitations qu’elle a subies. Ces caractéristiques finales dépendent donc de l’histoire mécanique et électrique de la céramique.

Les travaux menés en laboratoire tendent à reproduire de façon accélérée le cycle de fonctionnement des céramiques utilisées dans les dispositifs acoustiques. Le double effet mémoire mécanique et électrique est étudié afin de mieux comprendre l’évolution de ces matériaux dans le temps ainsi que leur vieillissement. À terme, cette étude, permettra d’envisager une amélioration de leur durabilité.