Générateur Thermoélectrique – Générateur de Seebeck
Un générateur thermoélectrique (GTE), également connu sous le nom de générateur de Seebeck, est un dispositif à l’état solide qui convertit directement le flux de chaleur (différences de température) en énergie électrique grâce à un phénomène appelé effet Seebeck. Les matériaux thermoélectriques sont utilisés pour la production d’énergie dans des endroits isolés, sur des vaisseaux spatiaux utilisés pour l’exploration interplanétaire et dans des lieux où la chaleur perdue peut être récupérée. Un simple poêle à bois ou un feu ouvert pourrait devenir une station de charge potentielle pour téléphones portables ou même fournir un éclairage LED dans de petits villages.
Effet Seebeck et Thermoélectricité
La thermoélectricité est générée par l’effet thermoélectrique, qui est la conversion directe de différences de température en tension électrique et vice versa via un thermocouple. Le chauffage de deux matériaux dissemblables joints entraîne un transfert d’électrons entre les matériaux, créant un flux de courant. L’effet thermoélectrique inclut trois effets identifiés séparément : l’effet Seebeck, l’effet Peltier et l’effet Thomson.
Effet Seebeck
L’effet Seebeck est un phénomène dans lequel une différence de température entre deux conducteurs électriques ou semi-conducteurs dissemblables produit une différence de tension entre les deux substances. Cette chute de potentiel est le résultat de l’effet thermoélectrique rapporté pour la première fois par Thomas Seebeck en 1821. La tension générée dépend du coefficient de Seebeck S (S = V/ΔT) et de la différence de température entre les deux jonctions du thermocouple.
Effet Peltier
L’effet Peltier, découvert en 1834 par le physicien français Jean Charles Athanase Peltier, est l’analogue de l’effet Seebeck. Il se caractérise par le chauffage ou le refroidissement à une jonction électrifiée de deux conducteurs différents. Le coefficient Peltier (π) est déterminé par le rapport du courant (I) au taux de chauffage (q) : π = I/q. Il représente la quantité de chaleur transportée par unité de charge. L’effet Peltier est utilisé dans les pompes à chaleur thermoélectriques et les dispositifs de refroidissement dans les réfrigérateurs.
Effet Thomson
L’effet Thomson décrit le courant électrique qui se développe dans un seul conducteur lorsqu’un petit gradient de température est appliqué. Cette relation est décrite par l’équation ; q = βIΔT, où q est le taux de chauffage, I est un courant électrique, ΔT est le changement de température, et β est le coefficient Thomson. Lord Kelvin a relié les trois coefficients thermoélectriques dans les relations de Kelvin.
Applications et Perspectives
Les générateurs thermoélectriques jouent un rôle dans la fourniture de sources d’énergie nécessaires pour les nations en développement dans des zones reculées. Des utilisations récentes incluent des ventilateurs de poêle, de l’éclairage alimenté par la chaleur corporelle et une montre intelligente alimentée par la chaleur corporelle. Bien que les dispositifs thermoélectriques traditionnels offrent une bonne fiabilité et durabilité, leur utilisation plus large est limitée par une très faible efficacité systémique et un coût spécifique élevé. Cependant, avec les progrès continus dans ce domaine, les générateurs thermoélectriques pourraient devenir une solution viable pour de nombreuses applications énergétiques dans un avenir proche.
