Refroidissement thermoélectrique

Il est envisageable de refroidir des objets en utilisant la thermoélectricité. On utilise pour cela des composants appelés «modules Peltier» qui transforment un courant électrique en une différence de température.



Catégories :

Thermoélectricité - Semi-conducteur - Matériau - Réfrigération

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Il est envisageable de refroidir des objets en utilisant la thermoélectricité. On utilise pour cela des composants appelés «modules Peltier» qui transforment un courant électrique en une différence de température.

Généralités

Module Peltier

Les modules Peltier sont appelés ainsi car ils mettent en œuvre la thermoélectricité et plus exactement l'effet Peltier. Ce module est alimenté par un courant et présente deux faces, l'une dite froide et l'autre chaude. L'objet à refroidir doit se mettre sur la face froide, tandis qu'il est indispensable d'avoir un mécanisme d'évacuation de la chaleur de l'autre côté (Ventilateur... ).

Fonctionnement

Schéma d'une cellule à effet Peltier
Article détaillé : Thermoélectricité.

Un module Peltier est constitué d'une série de «couples» constitués d'un matériau semi-conducteur choisi pour que les électrons puissent jouer le rôle de fluide caloporteur.

Équations

Dans cette section, il est utilisé les notations suivantes :

Pour modéliser un module thermoélectrique, la première idée est de donner une chaleur transférée correspondant à l'effet Peltier (c'est-à-dire Q_f=\Pi_{ab}\times I ou bien Q_f=S_m\times T_f\times I). Il faut aussi considérer la chaleur due à l'effet Joule qui va s'appliquer sur les 2 faces du modules et qui va augmenter avec l'alimentation de ce dernier. La chaleur absorbée est par conséquent à diminuer de \frac{1}{2} \times R_m \times Iˆ2. Il faut aussi tenir compte de la conduction thermique qui s'oppose à l'effet voulu[1]; il faut par conséquent enlever une chaleur de K_m \times \Delta T.

Finalement on a une chaleur absorbée qui est Q_f=S_m\times T_f\times I - \frac{1}{2} \times R_m \times Iˆ2 - K_m \times \Delta T. Cette expression est difficilement exploitable, d'autant plus que les cœfficients Sm, Km, Rm fluctuent selon la température. Pour pouvoir utiliser correctement les modules Peltier, les fabricants fournissent des courbes donnant la différence de température selon le courant appliquée et de la chaleur transférée.

La tension aux limites du module est V=S_m \times \Delta T + I \times R_m (on tient compte de l'effet Joule et de l'effet Seebeck).

La chaleur rejetée par le module est Q_c=Q_f + V \times I (Chaleur absorbée et chaleur produite par le module lui-même).

Avantages et inconvénients

Comparé à un dispositif de refroidissement par compresseur (tel qu'utilisé surtout dans les réfrigérateurs), le refroidissement thermoélectrique par effet Peltier a pour principaux avantages :

Il a par contre comme principaux inconvénients

Les glacières réfrigérée par effet Peltier qu'on trouve dans le commerce sont le plus souvent capable de produire une température de 15 à 18 °C en dessous de la température ambiante, là ou un dispositif par compresseur sert à descendre en dessous 0 °C y compris quand la température ambiante est élevée.

Applications

On peut citer les applications suivantes :

Notes et références

  1. la chaleur allant naturellement du chaud vers le froid

Voir aussi

Liens externes

Les fabricants de modules Peltier proposent fréquemment une information technique particulièrement détaillé :

Bibliographie

Recherche sur Amazon (livres) :



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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