Pourquoi les éléments piézoélectriques sont idéaux pour le retour haptique dans l’électronique

5 novembre 2025

Par Jeff Smoot, Same Sky

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Qu’est-ce que le retour haptique ?

Le terme « haptique » vient d’un mot grec qui signifie saisir ou percevoir. Aujourd’hui, l’haptique se réfère spécifiquement au sens du toucher. Dans de nombreuses applications électroniques, ce terme désigne aussi la force et le retour tactile intégrés à un appareil pour améliorer l’interaction de l’utilisateur avec ce produit ou système.

En utilisant la vibration, le mouvement et la force produits par différentes technologies d’actionneurs mécaniques, le retour haptique peut simuler de manière réaliste les caractéristiques physiques d’un objet, comme la pression, le poids ou la texture. Le retour haptique ajoute le troisième sens, le toucher (en plus de la vue et de l’ouïe), à l’interaction entre l’utilisateur et la machine. Cela permet d’améliorer l’interaction physique avec une interface numérique grâce à des entrées de dispositif renforcées et à la confirmation des actions de l’utilisateur. Il est même possible de simuler la manipulation d’objets dans le monde virtuel.

L’amélioration de l’expérience utilisateur grâce à la technologie haptique a mené à une adoption rapide et à une forte croissance de son utilisation dans les marchés grand public, industriel, commercial et militaire, notamment dans des produits et systèmes pour le jeu vidéo, l’automobile et le secteur médical.

Qu’est-ce qu’un actionneur haptique ?

Les sensations physiques dans les produits sont générées par des actionneurs haptiques, qui sont des dispositifs électromécaniques produisant une vibration, un mouvement ou une pression. Plusieurs technologies différentes sont utilisées dans les actionneurs haptiques pour produire du mouvement, notamment :

L’actionnement piézoélectrique utilise un élément piézoélectrique qui se déforme et vibre lorsqu’un champ électrique est appliqué. Découvrez l’offre de produits éléments piézo de Same Sky.
L’actionnement par moteur à vibration (ou masse excentrée) utilise une masse déséquilibrée fixée sur l’axe d’un moteur pour produire des vibrations à basse fréquence.
L’actionnement par polymère électroactif emploie la déformation d’un matériau polymère sous un champ électrique pour produire des vibrations.
L’actionnement résonant linéaire utilise un aimant oscillant à une fréquence spécifique grâce à une force électromagnétique appliquée, pour produire des vibrations.
L’actionnement par bobine mobile repose sur le mouvement d’une bobine dans un champ magnétique lorsqu’un courant est appliqué pour produire différentes fréquences et vibrations.

Chacune de ces technologies offre aux concepteurs différentes caractéristiques en matière de fréquence de vibration, de consommation d’énergie ou de niveau de précision, ce qui les rend adaptées à de nombreuses applications selon le niveau de retour haptique souhaité.

Qu’est-ce que l’effet piézoélectrique  ?

L’effet piézoélectrique est la capacité de certains matériaux à produire une charge électrique lorsqu’une contrainte mécanique leur est appliquée. Ce processus est également réversible : l’application d’un champ électrique à des matériaux piézoélectriques engendre une déformation mécanique de ces matériaux, entraînant ainsi vibration ou mouvement.

Comment les éléments piézo sont-ils utilisés dans les conceptions haptiques  ?

L’effet piézoélectrique inverse est utilisé dans les éléments piézoélectriques employés dans les conceptions haptiques. Grâce à l’effet piézoélectrique, les éléments piézo peuvent également être utilisés comme capteurs de force dans un produit ou un système, si besoin.

Certains éléments piézoélectriques sont constitués de deux couches collées ensemble avec des polarisations opposées. Lorsqu’une tension est appliquée, une couche s’étend tandis que l’autre se contracte, ce qui fait fléchir l’actionneur. Cela conduit au nom courant de « bender piézo » pour ces éléments. Ce mouvement de flexion, contrairement à un mouvement linéaire, est utile dans les applications qui exigent un déplacement précis et de petite amplitude.

Les éléments piézoélectriques multicouches sont fabriqués à partir de plusieurs couches de matériau piézo, produisant une force et un déplacement plus élevés à des tensions plus faibles par rapport aux éléments moncouches. Cela est précieux pour les applications nécessitant des mouvements plus importants à faible puissance et disposant d’espace pour un appareil plus grand.

Cette déformation ou flexion des éléments piézo est directement proportionnelle au signal de commande et peut être maintenue à une position fixe ou vibrer. Ce contrôle indépendant de la position et de l’amplitude permet de générer des signaux détaillés qui peuvent transmettre plus d’informations que les autres technologies d’actionneurs.

Un élément piézoélectrique peut être déplacé avec un signal relativement faible

Quels sont les avantages des éléments piézo dans les conceptions haptiques ?

Les éléments piézoélectriques utilisés dans les applications de retour haptique exploitent l’effet piézoélectrique pour fournir un retour haptique rapide, puissant et précis. Le temps de réponse typique des éléments piézo utilisés dans l’haptique est d’une milliseconde ou moins, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant une grande précision et une réponse rapide. Ils fonctionnent aussi à des niveaux de puissance plus faibles que les autres technologies car ils ne nécessitent pas le déplacement d’une grande masse dans l’actionneur. Cette faible consommation d’énergie signifie également qu’ils peuvent être utilisés dans des systèmes alimentés par batterie pour une utilisation portable ou à distance.

Le profil compact et fin des éléments piézoélectriques permet aussi au concepteur d’utiliser plusieurs éléments dans une conception pour offrir une réponse haptique plus puissante et un retour plus localisé à l’utilisateur.

Les éléments piézo sont largement configurables en fréquence, amplitude et forme d’onde. Leur disponibilité dans différentes tailles, formes, épaisseurs, tensions, forces, capacités et techniques de montage les rend utiles dans une large gamme d’applications. Ils peuvent aussi être personnalisés pour répondre à des besoins spécifiques.

Piezo elements are widely configurable in frequency, amplitude, and waveform. Availability in various sizes, shapes, thicknesses, voltages, forces, capacitance ratings, and mounting techniques makes them useful in a broad range of applications. They can also be customized to fit specialized needs.

Considérations de conception pour les systèmes haptiques à base d’éléments piézo

Plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la conception d’un système de retour haptique utilisant des éléments piézoélectriques. Cela comprend :

Détermination de la masse à déplacer (vibrer) pour répondre à la force requise dans l’actionneur
Choix entre un élément piézo moncouche ou multicouche
Compréhension de la taille ou du volume disponible dans votre conception pour le système haptique
Détermination de l’axe de mouvement requis par l’élément piézo
Vérification de la source d’alimentation disponible dans votre produit et de la charge capacitive de l’élément pour choisir le pilote piézo approprié
Détermination de la plage de fréquences cible requise
Détermination de la plage de température de fonctionnement pour votre produit ou système afin de l’adapter à l’élément piézo approprié

Applications courantes du retour haptique avec des éléments piézo

Les éléments piézo produisent un retour haptique précis et rapide adapté à de nombreux produits et marchés existants ou émergents, notamment :

Écrans tactiles d’ordinateurs, voitures, appareils médicaux et de test
Retour de systèmes de véhicules dans les voitures et autres moyens de transport
Smartphones
Commandes industrielles
Contrôleurs de jeux
Appareils électroménagers intelligents
Électronique portable
Systèmes de réalité virtuelle pour la formation, l’éducation ou le divertissement
Simulation chirurgicale et procédures médicales à distance
Dispositifs de retour pour la rééducation physique

Résumé

Concevoir et intégrer un retour haptique efficace et acceptable pour l’utilisateur dans un produit ou un système exige une attention particulière aux facteurs d’actionnement comme la force de vibration, la sensibilité, la précision, la forme et la consommation électrique. Les éléments piézoélectriques offrent une opération précise et efficace sur une large gamme d’exigences, ce qui en fait un choix idéal pour mettre en œuvre cette technologie en pleine expansion. Les éléments piézo de Same Sky proposent un large choix de tailles adaptées aux besoins de détection de vibration ou de retour tactile.

Points clés à retenir

Le retour haptique améliore l’interaction utilisateur dans les appareils électroniques en simulant des sensations tactiles comme la vibration, la pression ou la texture.
Les actionneurs haptiques sont des composants électromécaniques qui créent des sensations physiques via des technologies comme les actionneurs piézoélectriques, les bobines mobiles ou les actionneurs résonants linéaires.
Les éléments piézoélectriques utilisent l’effet piézoélectrique inverse pour fournir des signaux haptiques précis, réactifs et économes en énergie en temps réel.
Les éléments piézo simples et multicouches offrent différents profils de mouvement, niveaux de force et exigences de tension selon les besoins de conception.
La flexibilité de conception est un atout majeur des éléments piézo, avec des options de forme, de taille, de force, de réponse en fréquence et de méthode de montage.
La faible consommation d’énergie et la haute réactivité rendent les éléments piézo idéaux pour les applications haptiques portables ou alimentées sur batterie.
Les concepteurs doivent prendre en compte la masse déplacée, l’axe de mouvement, l’énergie disponible, la plage de fréquence et les conditions de température pour des performances optimales avec les éléments piézo.
Les applications courantes du retour haptique incluent les smartphones, commandes automobiles, dispositifs médicaux, systèmes industriels, jeux vidéo et plateformes de réalité virtuelle.