En concevant un assemblage de microphones l’autre jour, j’ai tendu la main sans réfléchir à une capsule de microphone à condensateur Electret. Pour être strictement exact, j’en ai commandé un paquet, ces petits microphones cylindriques sont d’une qualité extrêmement élevée pour leur prix relativement minuscule.

C’est seulement au moment de soumettre la commande que j’ai eu une pensée pour la première fois de ma vie : Qu’est-ce qu’un microphone à condensateur à électret ?

Un microphone à condensateur est assez facile à expliquer. C’est un condensateur formé d’une feuille conductrice très fine qui fait office de diaphragme, monté devant un autre conducteur, généralement un morceau de maille. Les ondes sonores font vibrer le diaphragme, et ces vibrations modifient la capacité entre le diaphragme et la maille.

Si cette capacité est incorporée dans un circuit RC à très haute impédance et qu’une tension élevée est appliquée, une charge quasi constante est placée sur elle. Comme la charge reste constante, la modification de la capacité provoque une minuscule fluctuation de tension qui peut être récupérée comme signal audio du microphone. Les microphones à condensateur construits de cette façon peuvent être d’une qualité extrêmement élevée, mais ils viennent au prix de la nécessité d’une alimentation haute tension pour fournir la charge et d’un amplificateur pour tamponner et amplifier l’audio.

Le microphone à condensateur à électret que j’ai acheté pour quelques centimes est un microphone à condensateur, alors pourquoi n’y a-t-il pas d’alimentation haute tension ? La réponse vient du matériau qui compose son diaphragme, un électret est un matériau qui porte une charge permanente sans avoir besoin d’une alimentation haute tension pour la maintenir. Le microphone à électret fonctionne exactement de la même manière que tout autre microphone à condensateur, mais la charge permanente sur son diaphragme électret est suffisante pour produire une tension récupérable à travers lui. La capsule contiendra un FET comme tampon à haute impédance pour fournir une sortie utilisable avec une alimentation en courant continu à partir d’une seule pile AA.

Ayant donc répondu à la question de savoir ce qu’est un microphone à condensateur à électret, il reste une question plus fondamentale : qu’est-ce qu’un électret au juste ? Il ne peut sûrement pas être possible pour un matériau de conserver indéfiniment une charge électrique, c’est de la magie, non ? Une recherche sur Internet permet de trouver des personnes qui semblent le penser, car il semble que les électrets aient une foule de “penseurs alternatifs” qui cherchent des moyens de récolter cette charge statique comme source d’énergie gratuite. Il est clair que certaines informations significatives sont nécessaires, et pour cela, nous nous dirigeons vers les nombreux professeurs de chimie et de physique qui ont mis en ligne leurs supports de cours.

Dipôles, comment fonctionnent-ils ?

Un dipôle, au sens chimique, est une molécule qui possède une différence de charge électrique entre ses différentes parties. A l’une de ses extrémités peut se trouver un groupe fonctionnel avec un surcroît d’électrons, tandis qu’à l’autre peut se trouver un groupe avec un déficit d’électrons. Un exemple couramment cité d’une molécule ayant cette propriété est l’eau, elle forme une molécule H-O-H en forme de V, l’oxygène en son point ayant une charge négative plus importante et les hydrogènes en ses points ayant une charge positive plus importante.

Un solide constitué de molécules qui contiennent des dipôles n’a pas de charge statique, car ces dipôles sont alignés dans un ordre aléatoire tel qu’aucun gradient de charge ne se produit. Mais si toutes les molécules d’un solide pouvaient être alignées de manière à ce que leurs dipôles aillent dans la même direction, leurs extrémités chargées négativement et positivement seraient disposées dos à dos. Imaginez-les un peu comme une grosse pile de batteries miniatures en série, le côté du matériau vers lequel pointent leurs pôles négatifs devenant riche en électrons et celui vers lequel pointent leurs pôles positifs en étant déficient.

Il est important de souligner cependant que l’analogie de la batterie ne fonctionne que dans la mesure où elle aide à visualiser comment les dipôles s’alignent pour créer un gradient de charge unifié, et non pour donner l’impression de se comporter comme s’il s’agissait d’une véritable batterie. Pour qu’un matériau électret possède une charge persistante, il doit également être un isolant, car s’il était un conducteur électrique, la charge serait simplement conduite et se neutraliserait. Ainsi, aucun courant ne peut circuler à partir d’un matériau électret, et les rêves d’énergie libre de nos penseurs alternatifs sur le web doivent inévitablement aboutir à rien.

Divertissement électret

Sachant maintenant ce qu’est un matériau électret, la prochaine question de tout lecteur de Hackaday qui se respecte devrait être “Comment puis-je en fabriquer un ?”. À quoi la réponse est étonnamment simple, et vous serez heureux d’en entendre une que vous avez une chance de faire vous-même. Un solide contenant des molécules avec un dipôle est fondu et laissé refroidir et se solidifier en présence d’un champ électrique important. Cette description de la fabrication d’un électret, écrite par notre propre , devrait vous permettre de commencer dans votre cuisine bien équipée, en supposant que votre cuisine est équipée d’une alimentation électrique de 30 kV.

Une grande variété de matériaux peut être utilisée pour produire des électrets, y compris une foule de polymères couramment disponibles. Il existe également des électrets d’origine naturelle dont le quartz est un exemple, et des substances naturelles à partir desquelles ils peuvent être fabriqués, comme la cire de carnauba, la cire d’abeille et la colophane. Ce PDF comporte une liste de certains matériaux et notamment des polymères (page 5).

Si vous décidez de fabriquer vous-même un matériau électret, à part reproduire à grand renfort d’efforts un microphone de quelques centimes, quel usage pourriez-vous en faire ? Une recherche dans Google Patents renvoie une écrasante majorité d’applications acoustiques, avec une longue liste de microphones, de transducteurs et d’appareils auditifs. Il y a cependant quelques autres utilisations, par exemple un filtre à air dans lequel la charge détenue par l’électret est suffisante pour piéger les particules de poussière chargées dans le flux d’air. Il y a des mentions en ligne de leur utilisation passée comme éléments de focalisation pour les écrans CRT, et la page Wikipedia sur les électrets mentionne leur utilisation dans les photocopieurs, mais aucune de ces applications n’a beaucoup d’autres informations. Peut-être est-il préférable de considérer la fabrication d’électret à domicile comme l’une de ces curiosités que l’on peut essayer parce qu’on le peut.

Si vous fabriquez un électret avec succès, nous vous implorons de l’écrire et de le soumettre à notre ligne de conseils.

Images de capsules de microphone électret en bannière : Engineer’s Garage.