Un module thermoélectrique est un système reversible assurant la conversion directe entre chaleur et électricité. Son fonctionnement est basé sur les effets thermoélectriques. Voici à quoi ressemble un tel module.
Principe de fonctionnement
Deux fils permettent l’alimentation électrique. Deux plaques de céramique sont les faces sur lesquels sont collées une multitude de jonctions entre deux métaux.
Chaque petit plot grisâtre est un morceau de semi conducteur. Ils sont de 2 types et sont alternés de manière à ce que le courant électrique passe alternativement par l’un et par l’autre. Pour plus de clarté et de précision sur le principe de fonctionnement, je vous invite à consulter la page Wikipedia.
Les effets thermoélectriques
L’effet Peltier, du nom de la personne l’ayant mis en évidence, indique que lorsqu’un courant circule dans une boucle composée de deux fils de matières différentes, une jonction va se refroidir et l’autre s’échauffer.
L’effet Seebeck, lui aussi nommé d’après son découvreur, désigne l’effet inverse. Lorsque les jonctions d’une boucle composée de deux fils de matières différentes sont
soumises à des températures différentes, un courant se met à circuler dans la boucle.
Un agencement particulier d’une multitude de jonctions permet d’obtenir un système capable de produire du froid à partir d’un courant électrique (effet Peltier) ou de produire de l’électricité à partir d’une différence de température (effet Seebeck). Ce système s’appelle un module thermoélectrique.
Le troisième effet qu’il est important de citer est celui décrit par Thomson. Les deux premiers effets concernent un couple de métaux alors que Thomson lui, a découvert que le phénomène apparaissait au sein d’un même matériau. Un courant traversant un fil électrique va l’échauffer. C’est le phénomène bien connu sous le nom
d’effet Joule. A l’inverse, un fil conducteur soumis à un gradient de température produira un certain courant.
Un système réversible
Du point de vue énergétique, ce système est fascinant. Il peut fonctionner comme générateur thermoélectrique (TEG). Lorsque ses deux faces sont à des températures différentes, il va produire un courant électrique.
A l’inverse, alimenté par un courant électrique, le module va voir l’une de ses faces s’échauffer et l’autre se refroidir. Le module fonctionne alors comme producteur de froid (TEC).
Utilisations
Ces modules ont un faible rendement, de l’ordre de quelques pour cents mais ils sont malgré tout utilisés dans l’aérospatial ou l’informatique car ils ont l’avantage d’être très robustes (aucune pièce en mouvement), d’être très compacts (c’est certainement le plus petit objet capable de produire du froid) et en plus ils sont très peu chers (un module de 70 W coûte moins de 5 €).
La limite de fonctionnement d’un tel appareil est que la distance entre les 2 facettes est très faible (quelques mm). Quel que soit sont mode de fonctionnement (production électrique ou de froid), les deux plaques tendent rapidement vers la même température. Les connections électriques agissent en fait comme de petits ponts thermiques, guidant la chaleur de la face chaude vers la face froide. Si la chaleur n’est pas évacuée du module (par une surface ailetée par exemple), rapidement, le module n’a plus d’action.
Et si les murs de nos maisons étaient composés d’une multitude de ces modules ? L’hiver, les pertes thermiques de l’enveloppe du bâtiment deviendraient source d’énergie électrique !
