Piézocéramiques – Pour la mobilité de demain
Les piézocéramiques sont devenues indispensables dans les véhicules modernes. CeramTec développe des matériaux et des composants en céramique piézo qui fonctionnent avec précision même dans des conditions extrêmes. Nos solutions combinent une haute précision de mesure, des temps de réponse rapides et une robustesse exceptionnelle. Elles soutiennent non seulement les systèmes automobiles établis, mais font également progresser de manière significative les nouveaux concepts de véhicules, la mobilité durable et la conduite autonome.
Qu'il s'agisse de capteurs de niveau, de détection de cliquetis, de contrôle de distance de stationnement ou de mesures ultrasoniques de haute précision — les composants en céramique piézo sont désormais des éléments centraux des systèmes de véhicules modernes. En tant que matériau convertissant l'énergie mécanique en signaux électriques, la céramique piézo apporte une contribution décisive aux fonctions du véhicule liées à la sécurité, à l'amélioration de l'efficacité et au confort. Elle constitue en même temps la base de nombreuses technologies d'avenir — des systèmes de capteurs à énergie autonome et des surfaces haptiques adaptatives, au nettoyage de capteurs ultrasoniques et aux structures de véhicules auto-surveillées.
Exemples d'applications automobiles en un coup d'œil
Capteurs de niveau (huile & carburant) Équilibreur de roues Capteurs de cliquetisContrôle de distance de stationnement
Projets de développement potentiels :
Récupération d'énergieIntérieur de véhicule adaptatifNettoyage autonome de capteurs par ultrasonsMatériaux intelligents
Expertise technologique
Les piézocéramiques sont des matériaux haute performance qui utilisent l'effet piézoélectrique pour convertir directement les forces mécaniques, les vibrations ou les variations de pression en signaux électriques — et vice versa. CeramTec associe des avantages technologiques à des décennies d'expertise en matériaux, d'expérience automobile et de fabrication de haute précision. Nos composants en céramique piézo fournissent des résultats de mesure reproductibles et une excellente robustesse. Des versions sans plomb (BNT-BT) sont également disponibles sur demande.
Dans les capteurs de niveau de remplissage, la céramique piézo agit comme émetteur et récepteur d'ondes ultrasoniques. Elle génère d'abord une impulsion haute fréquence (1–3 MHz) qui se propage à travers le liquide et se réfléchit à sa surface. L'onde réfléchie revient au capteur, qui en génère un signal électrique.
La mesure du temps de transit fournit une lecture précise du niveau de remplissage actuel — entièrement sans usure et adaptée aux diagnostics embarqués. Cette technologie remplace les jauges d'huile traditionnelles par une solution numérique et moderne.
Équilibreur de roues
Une plaque de capteur en céramique piézo convertit les fluctuations de pression dynamiques générées par une masse sismique en signaux électriques. Ces signaux permettent une évaluation rapide et précise du déséquilibre des roues — essentiel pour les ateliers, les équipementiers et les fabricants de pneumatiques.
Capteurs de cliquetis
L'anneau en céramique piézo du capteur de cliquetis détecte les vibrations du moteur dans la plage de fréquences pertinente. Lors d'une combustion avec cliquetis, la masse sismique génère une force caractéristique sur la céramique, qui produit un signal électrique clair.
L'unité de commande du moteur peut alors ajuster immédiatement la cartographie d'allumage, protéger le moteur et réduire la consommation de carburant.
Technologies d'avenir basées sur les matériaux piézocéramiques
Des concepts innovants - développés ensemble
Les composants en céramique piézoélectrique ouvrent de nombreuses nouvelles approches fonctionnelles dans les véhicules - des systèmes de capteurs à énergie autonome aux surfaces intelligentes et à la surveillance de l'état des structures. Les exemples suivants illustrent des applications potentielles et servent d'inspiration pour d'éventuels projets de développement. Selon le projet client, ces sujets peuvent déjà être mis en œuvre ou ouvrir un nouveau potentiel d'innovation.
CeramTec accompagne ses clients tout au long du processus de développement :
De la sélection des systèmes de matériaux appropriés et de l'adaptation de la géométrie, des propriétés des actionneurs ou des capteurs, jusqu'à l'intégration dans des assemblages et la validation dans des conditions automobiles réelles. Ce partenariat collaboratif aboutit à des solutions personnalisées qui sont à la fois techniquement et économiquement convaincantes.
Que ce soit dans le cadre d'un développement produit concret ou d'une phase de concept précoce - nous nous considérons comme un partenaire de développement sur un pied d'égalité avec nos clients.
Récupération d'énergie
Principe de fonctionnement
Dans la récupération d'énergie, les piézocéramiques utilisent l'effet piézoélectrique pour convertir les vibrations mécaniques - par exemple dans les pneus, la suspension ou le châssis du véhicule - en énergie électrique.
Les étapes de base sont les suivantes :
- Excitation mécanique : Les irrégularités de la route, les virages, la déformation des pneus ou les sources générales de vibrations génèrent une force périodique.
- Conversion piézoélectrique : La couche piézocéramique se déforme légèrement sous cette charge et génère une tension électrique.
- Utilisation électrique : L'énergie générée est mise en tampon dans un condensateur ou un micro-dispositif de stockage d'énergie et peut alimenter des microcapteurs.
Avantages techniques
- Rendement énergétique même avec de très faibles vibrations (haute sensibilité)
- Fiable sous des températures extrêmes, l'humidité et les contraintes mécaniques
- Idéal pour la technologie des capteurs dans les systèmes rotatifs (ex. : pneus)
- Sans batterie → sans entretien → sans pannes dues à la décharge
- Compatible avec l'électronique basse consommation et les capteurs sans fil (BLE, UHF, NFC)
Intérieur de véhicule adaptatif
Principe de fonctionnement
L'effet piézoélectrique inverse est utilisé ici : lorsqu'une tension électrique est appliquée à un actionneur en céramique piézo, celui-ci modifie sa géométrie de manière minimale — rapidement et précisément, en fonction de la fréquence. Cela permet de générer des vibrations contrôlées ou des impulsions de clic.
Détails techniques
- Les actionneurs piézo offrent des temps de réponse extrêmement courts (< 1 ms).
- Des plages de fréquences élevées (capacité ultrasonique), mais aussi des signaux haptiques basse fréquence sont possibles.
- Développement de force élevé avec une déformation minimale → idéal pour des emplacements d'installation fins ou dissimulés.
- Les actionneurs peuvent être intégrés dans des surfaces complexes et courbées (tableau de bord, surfaces tactiles, console centrale).
Avantages techniques
- Sans boutons mécaniques → plus grande liberté de conception
- Retour tactile précis et réglable (« sensation de clic »)
- Résistant à la saleté, à l'humidité et au vieillissement
- Économe en énergie (seules de courtes impulsions sont nécessaires)
- Idéal pour les cockpits hautement intégrés et les grands écrans tactiles dans les véhicules modernes
Nettoyage autonome de capteurs par ultrasons
Principe de fonctionnement
Les transducteurs ultrasoniques piézo génèrent des vibrations précises à haute fréquence (généralement 20 kHz – 80 kHz). Ces vibrations génèrent :
- Des microvibrations à la surface (ex. : couvercle de caméra), ainsi que
- Des fluctuations de pression dans le film d'eau ou d'air devant le capteur.
Ces micro-effets éliminent de manière fiable les particules de saleté, la poussière, les gouttelettes d'eau ou la glace de la surface du capteur - sans essuie-glaces mécaniques ni pièces mobiles.
Techniquement pertinents :
- Haute stabilité de fréquence pour un effet de nettoyage optimal
- Conception très fine des éléments en céramique piézo
- Intégration possible dans le verre, le plastique ou le métal
- Possibilité de surveillance continue (faible consommation d'énergie en mode veille)
Avantages techniques
- Sans composants mécaniques → sans usure
- Activation très rapide (plage des millisecondes)
- Efficace contre : la poussière, la boue, la neige, la glace, les gouttes de pluie
- Idéal pour les véhicules autonomes où les capteurs doivent toujours être propres
- Nettoyage silencieux (plage ultrasonique)
Matériaux intelligents
Principe de fonctionnement
Les capteurs piézo sont intégrés dans des éléments structurels en tant que couches fonctionnelles embarquées. Ils servent simultanément de :
- Capteur : détecte les déformations, les fissures et les modifications structurelles
- Actionneur : peut émettre des impulsions ciblées pour surveiller la structure (ex. : méthode écho-impulsion)
Cela crée ce que l'on appelle un « système de surveillance de la santé structurelle » (SHM).
Mécanismes techniques
- Analyse des ondes de Lamb : Des impulsions ultrasoniques se propagent à travers le composant et sont réfléchies par les défauts — les capteurs en céramique piézo reçoivent ces signaux.
- Analyse des vibrations : Les modifications des fréquences propres indiquent la fatigue des matériaux.
- Mesure quasi-statique des déformations : Les éléments piézo réagissent aux forces et aux déformations.
Avantages techniques
- Détection précoce de la formation de fissures ou de l'affaiblissement des matériaux
- Idéal pour les structures légères (aluminium, PRFC, PRFV)
- Réduction des coûts de maintenance et augmentation de la durée de vie
- Permet la maintenance prédictive
- Haute sensibilité avec des besoins en espace minimaux
