- Module Peltier
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Refroidissement thermoélectrique
Il est possible de refroidir des objets en utilisant la thermoélectricité. On utilise pour cela des composants nommés « modules Peltier » qui transforment un courant électrique en une différence de température.
Sommaire
Généralités
Module Peltier
Les modules Peltier sont nommés ainsi car ils mettent en œuvre la thermoélectricité et plus précisément 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 nécessaire d’avoir un mécanisme d’évacuation de la chaleur de l’autre coté (Ventilateur...).
Fonctionnement
Schéma d'une cellule à effet PeltierArticle détaillé : Thermoélectricité.Un module Peltier est constitué d’une série de « couples » constitués d’un matériau semi-conducteur sélectionné pour que les électrons puissent jouer le rôle de fluide caloporteur.
Équations
Dans cette section, il est utilisé les notations suivantes :
- I est le courant traversant le module Peltier
- Qf est la chaleur absorbée par le coté froid du Peltier
- Qc est la chaleur rejetée par le Peltier
- Πab est le coefficient d'effet Peltier du module
- Sm est le coefficient d'effet Seebeck du module
- Km est la résistance thermique du module
- Rm est la résistance électrique du module
- Tf est la température du coté froid
- Tc est la température du coté chaud
- DT = Tc - Tf
Pour modéliser un module thermoélectrique, la première idée est de donner une chaleur transférée correspondant à l’effet Peltier (c’est à dire
ou bien 
). 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 celui-ci. La chaleur absorbée est donc à diminuer de 
. Il faut également tenir compte de la conduction thermique qui s’oppose à l’effet voulu[1]; il faut donc enlever une chaleur de 
.Finalement on a une chaleur absorbée qui est
. Cette expression est difficilement exploitable, d’autant plus que les coefficients Sm, Km, Rm varient en fonction de la température. Pour pouvoir utiliser correctement les modules Peltier, les fabriquants fournissent des courbes donnant la différence de température en fonction du courant appliquée et de la chaleur transférée.La tension aux bornes du module est
(on tient compte de l’effet Joule et de l’effet Seebeck).La chaleur rejetée par le module est
(Chaleur absorbée et chaleur produite par le module lui-même).Avantages et inconvénients
Par rapport à un système de refroidissement par compresseur (tel qu'utilisé notamment dans les réfrigérateurs), le refroidissement thermoélectrique par effet Peltier a pour principaux avantages :
- sa simplicité et donc son faible coût de fabrication
- l'absence d'utilisation de gaz
- le peu d'entretien nécessaire
- le faible niveau de bruit (y compris avec l'ajout d'un ventilateur)
- l'absence de vibrations
Il a en revanche comme principaux inconvénients
- une consommation électrique élevée
- une efficacité moindre
Les glacières réfrigérée par effet Peltier que l'on trouve dans le commerce sont généralement capable de produire une température de 15 à 18 °C en dessous de la température ambiante, là ou un système par compresseur permet de descendre en dessous 0 °C y compris lorsque la température ambiante est élevée.
Applications
On peut citer les applications suivantes :
- réfrigérateurs alimentaires de petite taille (par exemple de voiture) ;
- refroidissement des solutions dans les laboratoires d'analyses biologiques et médicales. Procédé utilisé dans le système de refroidissement des thermocycleurs ;
- conteneurs utilisés pour le transport d’organes à transplanter ;
- applications dans lesquelles les vibrations constituent une gêne considérable, comme par exemple les systèmes de guidage laser ;
- applications pour lesquelles le bruit de fond électronique est gênant, par exemple pour l'analyse dispersive en énergie ;
- système de refroidissement des caméras d'astronomie ;
- système de refroidissement d'autodirecteurs infra-rouge de missiles air-air, par exemple sur le AIM-9 Sidewinder ou le MICA IR ;
- refroidissement des microprocesseurs sur-cadencés, afin de limiter leur température. Bien que peu puissant, il est apprécié dans la mesure où il ne fait appel à aucune pièce mobile, et n'est donc source d'aucune nuisance sonore. Mais un problème persiste : celui de la condensation. En effet, de par sa nature même, l'effet Peltier crée un différentiel de température important entre deux plaques de métal, et une condensation se produit alors sur la partie la plus froide.
Notes et références
- ↑ la chaleur allant naturellement du chaud vers le froid
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
Les fabriquants de modules Peltier proposent souvent une information technique très détaillé:
Bibliographie
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