Le quartz dans une montre
Une montre est un appareil portatif, qu'on porte autour du poignet à l'aide d'un bracelet, avec lequel on mesure le temps. Les montres, comme les horloges, sont toutes constituées selon le même schéma: source d'énergie (manuelle, électrique etc.), accumulateur d’énergie (ressort, quartz etc.), organes de transmission (série de rouages), organe de distribution (roue d'échappement et ancre), organe régulateur (balancier-spiral), organe d'affichage (cadran, aiguilles, quantièmes etc.). Mais ici c'est surtout le quartz qui nous intéresse. Le quartz a été utilisé pour la première fois dans une horloge.
Le mouvement de l'aiguille qui nous donnera l'heure est dû aux vibrations mécaniques, mises en forme et associées à un moteur synchrone, engendrées par une stimulation éléctrique (piézoéléctricité), d'une amplitude maximale selon des directions particulières, c'est-à-dire les axes mécaniques, qui causent des charges éléctrique variables. On obtient ainsi une sorte d'oscillateur éléctrique (ce qu'on démontrera un peu plus bas dans la vidéo), dont la fréquence est propre au quartz.
Le quartz à l'état brut doit être taillé de manière précise (sous forme de lamelles en diapason pour la plupart) pour réagir (vibrer ou osciller), à l'intérieur du cylindre qui le contient, sous l'effet piézo-électrique qui est indispensable au fonctionnement d'une montre. Comme ça par exemple:
La piézoéléctricité du quartz
La piézoéléctricité est l'effet piézoéléctrique, démontré pour la première fois par deux frères, Pierre et Jacques Curie en 1880, grâce à leurs connaissances de la pyroéléctricité. Ceux-ci apportent à la fois la preuve expérimentale du phénomène et en énoncant ses principales lois. C'est donc une découverte importante. Plusieurs scientifiques complétèrent ensuite les observations et la théorie du phénomène fut presque complètement établie à la fin du XIXe siècle. La piézo-électricité se développe pendant la guerre de 1914-1918 et entre dans la voie des applications pratiques. Elle est notamment utilisée pour créer des ultrasons. C'est ainsi que fut mis au point le sonar.
La piézoélectricité est un phénomène propre à certains types de cristaux (le quartz est le plus connu), c'est-à-dire certains cristaux peuvent émettre une certaine quantité d'éléctricité en tapant dessus. (voir vidéo en bas de page)
Inversement, l'application d'une tension électrique sur ces mêmes surfaces donne lieu à une modification des dimensions des cristaux (effet "inverse"), les cristaux réagissent (vibrent ou oscillent) en se déformant sous une stimulation éléctrique (pile) ( voir l'animation ci-dessous). Il y a là un moyen de transformer un signal électrique en déformation mécanique. Ce phénomène, combiné aux propriétés de résonance mécanique des corps utilisés, permet d'obtenir des vibrations électriques ou mécaniques, à l'origine de nombreuses applications pratiques dont la montre à quartz.
Effet de la piézoéléctricité
Force Déformation Tension
Effet inverse de la piézoéléctricité
Tension Déformation