Effet Pyroélectrique: Fonctionnement & Étalonnage Capteurs PIR

Université Sultan Moulay Slimane
École Nationale des Sciences Appliquées
(ENSA)
Khouribga
2ᵉ année du cycle ingénieur : Génie électrique – Semestre 3 (2025–2026)
Effet pyroélectrique :
Fonctionnement et étalonnage des capteurs
pyroélectriques
Pr. El Barbri Préparé par :
KABROUSSI Zainab
Année universitaire : 2025 / 2026

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Table des matières
Liste des figures : .................................................................................................................................... 3
Liste des tableaux : .................................................................................................................................. 3
I. Introduction : ............................................................................................................................. 4
II. Effet pyroélectrique : ........................................................................................................... 4
1. La pyroélectricité : ............................................................................................................... 4
2. Équations décrivant la pyroélectricité : ............................................................................. 4
a. Coefficient pyroélectrique : ............................................................................................. 4
b. La charge : ........................................................................................................................ 4
c. Tension et courant générés : ........................................................................................... 5
3. Structure d'un capteur pyroélectrique : ............................................................................ 5
4. Matériaux pyroélectriques : ................................................................................................ 5
5. Fonctionnement de l’effet pyroélectrique : ........................................................................ 6
6. Avantages : ........................................................................................................................... 7
7. Limitations : ......................................................................................................................... 7
8. Application des capteurs pyroélectriques : ........................................................................ 7
III. Capteur infrarouge PIR : .................................................................................................... 8
1. Définition : ............................................................................................................................ 8
2. Composants d'un capteur PIR : ......................................................................................... 8
3. Fonctionnement : ................................................................................................................. 9
4. Étalonnage : ........................................................................................................................ 10
5. Applications : ...................................................................................................................... 11
IV. Thermométrie infrarouge : ............................................................................................... 12
1. Définition : .......................................................................................................................... 12
2. Composants : ...................................................................................................................... 12
3. Fonctionnement : ............................................................................................................... 12
4. Etalonnage : ........................................................................................................................ 13
a. Calibrage du corps noir : .............................................................................................. 13
b. Ajustement de l'émissivité : .......................................................................................... 14
c. Méthode de l'eau glacée : .............................................................................................. 14
d. Méthode de l'eau bouillante :........................................................................................ 14
e. Méthode de la sonde de surface : .................................................................................. 15
5. Applications : ...................................................................................................................... 15
V. Détection de flammes et d'incendies : .............................................................................. 15
1. Définition : .......................................................................................................................... 15
2. Composants : ...................................................................................................................... 16
3. Fonctionnement : ............................................................................................................... 16
4. Etalonnage : ........................................................................................................................ 16
a. Réglez la sensibilité : ...................................................................................................... 16

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b. Testez le capteur : .......................................................................................................... 16
5. Applications : ...................................................................................................................... 17
VI. Conclusion : ........................................................................................................................ 17
Liste des figures :
Figure 1 : Fonctionnement de l’effet pyroélectrique ............................................................................... 7
Figure 2 : Fonctionnement d’un capteur infrarouge PIR ......................................................................... 9
Figure 3 : Structure d'un capteur PIR .................................................................................................... 10
Figure 4 : Structure d’un thermomètre .................................................................................................. 13
Liste des tableaux :
Tableau 1 : Les types de matériaux et leurs applications ........................................................................ 6

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I. Introduction :
L'effet pyroélectrique représente un phénomène fascinant et pratique et une propriété
physique remarquable observée dans certains matériaux cristallins qui présentent une
polarisation électrique spontanée. Cette polarisation varie significativement avec les
changements de température, générant ainsi des charges électriques temporaires à la surface du
matériau.
Ce rapport explorera les principes fondamentaux de la pyroélectricité, analysera les
matériaux concernés, et détaillera leurs applications, notamment dans le domaine de la détection
de flammes, de mouvement et la mesure de la température.
II. Effet pyroélectrique :
1. La pyroélectricité :
La pyroélectricité est la capacité de certains matériaux cristallins à générer de charges
électriques lorsque la température de ces matériaux change. Ce phénomène repose sur la
modification de la polarisation électrique spontanée du matériau.
À la différence des matériaux thermoélectriques qui produisent une tension continue en
présence d'un gradient de température stable, les matériaux pyroélectriques ne génèrent un
signal électrique que durant la phase de changement thermique, que ce soit lors d'un
échauffement ou d'un refroidissement.
2. Équations décrivant la pyroélectricité :
a. Coefficient pyroélectrique :
Un coefficient pyroélectrique élevé indique que le matériau peut générer une réponse
électrique importante à de petits changements de température.
La relation entre la polarisation P et la variation de température ΔT est donnée par :
• p est le coefficient pyroélectrique (C/m²·K)
• P est la polarisation (C/m²)
• T est la température (K)
b. La charge :
La surface S de matériau pyroélectrique ayant une épaisseur D subissant une
variation de température ΔT génèrera une charge ΔQ égale à :

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c. Tension et courant générés :
La tension V générée peut être exprimée en fonction de la densité de charge de
polarisation P et de l’épaisseur D du matériau :
Avec : ϵ est la permittivité du matériau.
Lorsque la température d’un cristal pyroélectrique varie, la densité de polarisation
change selon la relation :
• : courant généré (A),
• : coefficient pyroélectrique (C·m⁻²·K⁻¹),
• : surface du matériau (m²),
• 
: variation de température par unité de temps (K/s).
Ce courant transitoire provoque une tension aux bornes du matériau, proportionnelle à la
vitesse de variation de la température.
3. Structure d'un capteur pyroélectrique :
Un capteur pyroélectrique typique se compose de :
• Cristal ou film pyroélectrique : Convertit les variations thermiques en tension.
• Électrodes métalliques : Capturer la charge générée.
• Amplificateur et processeur de signal : Convertit les signaux faibles en sortie
utilisable
• Filtre optique : Permet uniquement aux longueurs d'onde IR d'atteindre le capteur.
4. Matériaux pyroélectriques :
Plusieurs matériaux présentent de fortes propriétés pyroélectriques. Parmi eux :