Effet Peltier – Refroidissement Peltier
L’effet Peltier, analogue à l’effet Seebeck, est un phénomène de chauffage ou de refroidissement observé au niveau d’une jonction électrifiée de deux conducteurs différents. Découvert en 1834 par le physicien français Jean Charles Athanase Peltier, cet effet se distingue en utilisant une source électromotrice pour générer un courant, chauffant une jonction tout en refroidissant l’autre.
Description Quantitative de l’Effet Peltier
L’effet Peltier est quantitativement décrit par le coefficient de Peltier (π), déterminé par le rapport du courant (I) sur le taux de chauffage (q) : π = I/q. Ce coefficient représente la quantité de chaleur transportée par unité de charge, avec le signe de π indiquant la jonction qui chauffe et celle qui refroidit.
Pompes à Chaleur et Dispositifs de Refroidissement Peltier
Les pompes à chaleur Peltier impliquent de multiples jonctions en série, avec un courant les traversant. Certaines de ces jonctions perdent de la chaleur, tandis que d’autres en gagnent, exploitant ainsi le phénomène pour les dispositifs de refroidissement thermiques, comme dans les réfrigérateurs.
Effet Thomson et Relations de Kelvin
L’effet Thomson décrit le courant électrique qui se développe dans un conducteur unique lorsqu’un petit gradient de température est appliqué, avec la relation q = βIΔT, où β est le coefficient Thomson. Lord Kelvin a relié les coefficients thermoelectriques de Seebeck, Peltier et Thomson dans les relations de Kelvin, décrivant leurs interdépendances.
Matériaux Thermoelectriques et Conversion Thermoelectrique
Les matériaux thermoelectriques, convertissant l’énergie thermique en énergie électrique, doivent posséder une haute conductivité électrique (σ) et une faible conductivité thermique (κ). Les trois matériaux principaux utilisés sont le tellurure de bismuth (Bi2Te3), le tellurure de plomb (PbTe) et le germanium de silicium (SiGe). La nanotechnologie permet aujourd’hui de réduire la conductivité thermique des semi-conducteurs sans affecter leurs propriétés électriques, par la création de caractéristiques nanométriques.
Interconnexion entre les Effets Peltier et Seebeck
L’effet Peltier peut être considéré comme la contrepartie de l’effet Seebeck dans un circuit thermoelectrique simple. Si un tel circuit est fermé, l’effet Seebeck entraînera un courant, qui à son tour, par l’effet Peltier, transférera toujours de la chaleur de la jonction chaude vers la froide. Cette relation étroite est visible dans la connexion directe entre leurs coefficients : la seconde relation de Thomson : Π = TS, où Π est le coefficient de Peltier, T la température absolue et S le coefficient de Seebeck.
Ces phénomènes interconnectés forment la base de nombreuses applications modernes en matière de gestion thermique et de conversion d’énergie, montrant l’importance continue des découvertes de Peltier et des avancées subséquentes dans ce domaine fascinant de la physique.
