Chaleur et électrons
Les effets Thomson, Seebeck et Peltier concernent le lien entre le transport de chaleur et le transport de charges. On peut faire des pompes à chaleur "électriques", sans forme intermédiaire d'énergie, ou l'inverse, produire de l'électricité directement à partir de chaleur.
Il n'y a qu'un seul ennui : ces conversions d'énergie présentent un rendement assez faible.
Quelques documents intéressants pour les aspects historiques :
- [2002] Génération Thermoélectrique / J.G. Stockholm / Marvel Thermoelectrics
- [2002] History Of Thermoelectricity Development In Japan / Kin-ichi Uemura / (ITTJ Institute for Thermoelectric Technologies Japan)
- Thermo-Electric Generators Museum (The Self Site)
Beaucoup d'applications sont possibles grâce à ces effets thermoélectriques, à commencer par :
- Les thermomètres à thermocouple
- Les thermopiles et la mesure de température sans contact et autres caméras thermiques
Module Peltier
En dehors des thermomètres, l'élément de base que l'on retrouve quasiment systématiquement est ce qui est appelé un "module Peltier".
Il s'agit d'un assemblage de blocs dopés N et P, mis en série électriquement pour former les thermocouples vus auparavant, pris en sandwich entre deux plaques de céramique (ce qui les rend assez fragiles du reste).
C'est ce que l'amateur trouvera le plus facilement, sous diverses tailles, avec un nombre variable de blocs, ce qui conditionnera la puissance du module.
On peut même les empiler pour augmenter la différence de température, ce qui peut être utile pour refroidir de petits objets, comme une caméra pour réduire le bruit lié à la température.
Attention : tous ces modules ont toujours une limite de fonctionnement en température, on ne peut pas élever impunément la température de la face chaude. Ces limites se sont améliorées depuis les premiers dispositifs, mais quand vous concevez un système, ce sera un des premiers paramètres que vous regarderez.
Il s'agit là de modules Peltier de taille centimétrique. Pour les montres et diverses autres applications, des micro-modules sont développés, avec des techniques particulières, mais c'est une autre histoire, jetez un œil au document suivant :
Variantes
Il existe de nombreuses propositions pour améliorer les modules Peltier sur certains aspects, par exemple la flexibilité et la conductivité thermique.
Deux usages
On peut utiliser un module Peltier de deux manières :
- En utilisant l'effet Peltier, d'où son nom : on injecte un courant, et de la chaleur est pompée d'un côté, et éjectée de l'autre ─avec de plus la chaleur produite par effet Joule, la résistance du module n'étant pas nulle.
- À l'inverse, si on impose d'un côté une source de chaleur et de l'autre côté une source de froid, alors la chaleur traversant le module produira un courant, c'est l'effet Seebeck.
Applications
On va les retrouver à toutes les sauces dans les applications suivantes :
- Production d'électricité
- La production d’électricité puissante :
- en milieu isolé genre plateforme offshore
- les sondes spatiales, avec des sources de chaleur dédiées, souvent radioactives
- La production d'électricité moyenne :
- La micro production, avec des puissances de l’ordre du mW au watt :
- les lampes-torches à chaleur humaine
- pour des petits capteurs autonomes
- la surfusion d'acétate
- les montres
- La récupération de chaleur perdue :
- comme les pots d'échappement, ou dans les bateaux
- mais aussi la chaleur humaine
- La production d’électricité puissante :
- Pompes à chaleur
- Climatisation, maisons et voitures
- Réfrigérateurs
- Refroidir le CPU d'un PC (ce qui n'est pas forcément une bonne idée)
- Caméras refroidies
- Chambre à brouillard (pour observer les particules)
Suivez le guide pour parcourir toutes ces applications utilisant la thermoélectricité.