Recherches sur la piézo-électricité.

EN COLLABORATION AVEC M. J. CURIE.

Le point de départ de ce travail a été la découverte faite par nous d’un phénomène nouveau : celui de la piézo-électricité. Ce phénomène consiste en un dégagement d’électricité qui se produit dans certains cristaux (quartz, tourmaline, blende, etc.), lors d’une déformation mécanique. La piézo-électricité présente de grandes analogies avec la pyro-électricité, qui est un des phénomènes électriques le plus anciennement connus. Nous avons fait une étude complète du nouveau phénomène, établi les conditions de symétrie nécessaires à sa production dans les cristaux, déterminé les lois du dégagement électrique et mesuré les constantes caractéristiques en valeur absolue pour certains cristaux. Les recherches de MM. Röntgen, Kundt, Czermak, Voigt, Riecke, sur le phénomène que nous avons découvert, ont étendu les résultats de nos travaux.

M. Voigt a édifié une théorie générale complète de la piézo-électricité. Les matières cristallisées se classent naturellement en 32 familles distinctes les unes des autres par les éléments de symétrie de la forme extérieure. Les matières cristallisées qui se rapportent à 21 de ces familles sont susceptibles de donner des phénomènes piézo-électriques, par déformation mécanique homogène. Dans chacune de ces 21 familles, le phénomène piézo-électrique est défini par un certain nombre de coefficients. Il faut, par exemple, 2 coefficients distincts pour complètement définir les propriétés électriques du quartz, lors d’une déformation mécanique homogène quelconque. Il faut 4 coefficients dans le cas de la tourmaline, etc.

Considérons, à titre d’exemple, un parallélépipède rectangle taillé dans un bloc de quartz. Deux faces sont normales à l’axe optique (axe ternaire), deux faces sont normales à un des axes binaires. Si l’on exerce une traction dans un sens normal à la fois à l’axe optique et à l’axe binaire, le cristal se polarise électriquement dans le sens de l’axe binaire et les deux faces qui lui sont normales semblent chargées de deux couches d’électricité de nom contraire. Si l’on recouvre ces faces de feuilles d’étain, on forme un condensateur qui se charge d’électricité quand on exerce la traction. On peut décharger ce condensateur en faisant communiquer un instant les armatures par un fil métallique. Si l’on fait ensuite cesser la traction, le condensateur se charge de nouveau, mais les charges sur chaque face sont égales et de signe contraire à celles obtenues dans la première expérience.

Nous avons réalisé sur ce principe un appareil qui constitue un étalon de quantité d’électricité parfaitement constant : une lame de quartz longue et mince, convenablement taillée, est mastiquée en H et B à ses deux extrémités (fig. 1) dans des pièces métalliques. Fig. 1.
Ces pièces servent à transmettre une traction exercée à l’aide de poids placés dans un plateau (fig. 2). L’extrémité H est suspendue à un crochet fixe. À l’extrémité inférieure B vient s’accrocher une tige qui transmet la traction des poids. Les faces opposées de la lame de quartz (fig. 1) sont recouvertes de feuilles d’étain, telles que mn, m′n′, isolées, sur lesquelles se dégage l’électricité. Les ressorts légers r, r′ mettent ces feuilles d’étain en communication avec les appareils électriques.

La quantité d’électricité dégagée par la lame cristalline est proportionnelle au poids placé dans le plateau. Elle est indépendante de la température. On peut utiliser cette lame piézo-électrique comme étalon dans les recherches où l’on a à mesurer des charges électriques faibles.

Pour expliquer les phénomènes pyro- et piézo-électriques on est conduit à imaginer une sorte de polarisation électrique primordiale des molécules des Fig. 2.
corps cristallisés. Une hétérogénéité dans les parties opposées des molécules peut aussi donner une explication suffisante. Nous avons montré, par exemple, qu’on obtiendrait des phénomènes analogues à ceux de la piézo-électricité en utilisant les phénomènes dits de force électromotrice de contact. Il suffit d’empiler sous forme de colonne des bilames zinc-cuivre soudées (éléments de Volta), en ayant soin d’orienter toutes les bilames dans le même sens et de les séparer les unes des autres par des cales de caoutchouc. Les lames extrêmes se chargent d’électricité de nom contraire quand on exerce une pression sur cette colonne. Lord Kelvin considère qu’à cette image des phénomènes correspond la théorie moléculaire la plus satisfaisante des phénomènes piézo-électriques.

Nous avons fait, mon frère et moi, ce travail dans le laboratoire de Friedel, qui venait de publier lui-même des recherches sur la pyro-électricité. Qu’il me soit permis de rendre hommage à la mémoire de ce maître bienveillant, qui savait communiquer à ceux qui l’entouraient son amour pour la Science.