Effet Seebeck et Coefficient de Seebeck
L’effet Seebeck, découvert en 1821 par Thomas Seebeck, est un phénomène dans lequel une différence de température entre deux conducteurs ou semi-conducteurs dissemblables produit une différence de tension entre ces substances. Ce principe est la base de fonctionnement des générateurs thermoélectriques (TEG), ou générateurs Seebeck, qui convertissent directement le flux thermique (différences de température) en énergie électrique.
Le Principe de la Thermoelectricité
La thermoelectricité se génère par l’effet thermoelectrique, la conversion directe des différences de température en tension électrique et vice-versa. Le chauffage de deux matériaux dissemblables unis provoque un transfert d’électrons entre les matériaux, créant ainsi un flux de courant.
Trois Effets Distincts
L’effet thermoelectrique englobe trois effets séparément identifiés:
- Effet Seebeck: Produit une différence de tension en présence d’un gradient de température sur une jonction de deux conducteurs différents.
- Effet Peltier: Découvert par Jean Charles Athanase Peltier en 1834, il décrit le chauffage ou le refroidissement d’une jonction électrifiée de deux conducteurs différents.
- Effet Thomson: Décrit le courant électrique qui se développe dans un conducteur unique lorsque un petit gradient de température est appliqué.
Le Coefficient de Seebeck
Le coefficient de Seebeck (S) est défini comme S = V/ΔT, où V est la différence de potentiel et ΔT la différence de température. La valeur du coefficient dépend des matériaux utilisés et de la température.
Matériaux Thermoelectriques
Les matériaux thermoelectriques convertissent l’énergie thermique en énergie électrique par la conversion thermoelectrique. Ils doivent posséder à la fois une haute conductivité électrique (σ) et une faible conductivité thermique (κ). Les principaux semi-conducteurs utilisés sont le tellurure de bismuth (Bi2Te3), le tellurure de plomb (PbTe) et le germanium de silicium (SiGe).
Applications Pratiques
Les générateurs thermoélectriques sont utilisés pour la production d’énergie dans des lieux isolés, sur des engins spatiaux et dans des endroits où la chaleur perdue peut être récupérée. Ils peuvent servir dans les pays en développement pour transformer des sources de chaleur simples, comme un poêle à bois, en stations de recharge pour téléphones portables ou en sources d’éclairage LED.
Challenges et Avenir
Malgré leur fiabilité et leur durabilité, l’efficacité et le coût spécifique à la puissance des dispositifs thermoélectriques traditionnels limitent leur utilisation plus étendue. Les progrès actuels en nanotechnologie promettent d’améliorer ces performances, ouvrant la voie à des applications plus larges et plus efficaces de l’effet Seebeck et de la technologie thermoelectrique.
