Thermoelectricité : L’Effet Thermoelectrique
Génération de la Thermoelectricité
La thermoelectricité est produite par l’effet thermoelectrique, qui est la conversion directe des différences de température en tension électrique et vice versa. Ce phénomène se produit lorsqu’on chauffe deux matériaux dissemblables joints, provoquant un transfert d’électrons et la création d’un courant électrique. Un générateur thermoélectrique (TEG), ou générateur de Seebeck, est un dispositif à l’état solide qui transforme directement un flux de chaleur (différences de température) en énergie électrique grâce à l’effet Seebeck.
Effet Seebeck
L’effet Seebeck, découvert en 1821, se produit lorsqu’une différence de température entre deux conducteurs ou semi-conducteurs électriques dissemblables crée une différence de tension entre les deux substances. 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
Découvert en 1834, l’effet 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.
Effet Thomson
L’effet Thomson décrit le courant électrique qui se développe dans un conducteur unique 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.
Mécanismes de l’Effet Thermoelectrique
Par exemple, lorsque deux métaux dissemblables comme le cuivre et le zinc sont joints, un transfert d’électrons peut se produire, créant un potentiel de tension à la jonction des deux métaux. Un tel dispositif est généralement appelé « thermocouple ».
Applications de l’Effet Thermoelectrique
Les applications de l’effet thermoelectrique incluent les générateurs thermoélectriques pour la conversion de la chaleur en électricité, les dispositifs de refroidissement thermoelectrique utilisant l’effet Peltier et les mesures de température avec des thermocouples.
Matériaux Thermoelectriques
Les matériaux thermoelectriques convertissent l’énergie thermique en énergie électrique par thermoelectricité. Ils doivent posséder à la fois une haute conductivité électrique (σ) et une faible conductivité thermique (κ). Les trois principaux semi-conducteurs utilisés sont le tellurure de bismuth (Bi2Te3), le tellurure de plomb (PbTe) et le silicium germanium (SiGe).
Générateur Thermoelectrique – Générateur Seebeck
Un générateur thermoélectrique (TEG), ou générateur de Seebeck, est un dispositif à l’état solide qui utilise des matériaux thermoelectriques pour la génération d’énergie électrique. Ils sont utilisés dans les lieux isolés, sur des vaisseaux spatiaux et dans des endroits où la chaleur perdue peut être récupérée. Malgré leur fiabilité et durabilité, l’utilisation plus large de ces dispositifs est limitée par leur faible efficacité systémique et leur coût spécifique élevé.
