THERMOÉLECTRIQUES
Le terme thermoélectrique désigne la conversion de la température en courant ainsi que la conversion du courant en température, ce qui montre sa nature réversible. Cette explication peut être approfondie pour montrer comment les matériaux thermoélectriques prennent les différences de température et les transforment en énergie électrique. L’effet thermoélectrique désigne le processus par lequel un potentiel électrique provoque une différence de température ou une différence de température crée un potentiel électrique. En chauffant une extrémité d’un matériau thermoélectrique, les électrons qui s’y trouvent s’éloignent de la source de chaleur et se dirigent vers le côté plus froid du matériau. Ce mouvement d’électrons va entraîner la création d’un courant électrique dû au déplacement du côté chaud vers le côté froid dans le matériau. Par conséquent, le niveau de courant électrique produit est proportionnel à la quantité de température utilisée dans le processus de chauffage.
L’énergie thermoélectrique résulte de deux effets physiques connus sous le nom d’effet Seebeck et d’effet Peltier. L’effet Seebeck est tel que « lorsqu’une boucle contenant deux matériaux différents est chauffée d’un côté particulier, un champ électromagnétique est créé dans le processus » (Nolas, Sharp, & Goldsmid, 2013, p.13). Ce procédé permet de prouver que la force électromagnétique qui implique la tension est proportionnelle à la différence de température entre la face froide et la face chaude du matériau testé. D’autre part, l’effet Peltier montre que « lorsqu’un circuit contenant deux matériaux différents fait passer un courant, la chaleur est absorbée d’un côté et libérée de l’autre » (Nolas, Sharp, & Goldsmid, 2013, p.15). Ce procédé est linéairement dépendant et réversible, c’est pourquoi l’énergie et la chaleur sont générées par ces deux procédés. Un matériau thermoélectrique approprié doit avoir une faible conductivité thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée pour garantir un fonctionnement efficace.
Cependant, pour qu’un matériau thermoélectrique fonctionne, la différence de température doit être maintenue afin de garantir l’existence d’un côté chaud et d’un côté froid dans le matériau. Un dispositif thermoélectrique est un convertisseur d’énergie fiable dans le sens où il n’émet aucun bruit ni aucune vibration du fait qu’il ne contient aucune pièce mobile. Dans ce cas, il s’agit de dispositifs à semi-conducteurs, qui sont donc de petite taille et très légers.
Parmi les exemples de produits qui appliquent l’effet thermoélectrique, on peut citer les générateurs thermoélectriques utilisés dans les centrales électriques. Comme près de 60 % de l’énergie est perdue sous forme de chaleur dans de nombreuses centrales électriques, les thermoélectriques permettront de convertir une partie de cette énergie perdue en une énergie électrique plus constructive pouvant être utilisée ailleurs. En outre, les moteurs à combustion des véhicules ne captent qu’environ 30 % de l’énergie libérée par la combustion du carburant dans le moteur. Les thermoélectriques peuvent donc contribuer à augmenter le taux de conversion, ce qui permettra d’accroître le kilométrage des véhicules et de fournir de l’énergie électrique supplémentaire à la voiture. (Nolas, Sharp, & Goldsmid, 2013, p.26). Les dispositifs de refroidissement thermoélectriques peuvent également être utilisés dans les réfrigérateurs pour supprimer la nécessité de faire circuler des fluides et des pièces mobiles. S’ils sont correctement modifiés, les thermoélectriques peuvent donc être utilisés à des fins très diverses dans des secteurs impliquant la température et l’électricité.
Références
Nolas, G., Sharp, J., & Goldsmid, J. (2013). Thermoelectrics : Basic Principles and New Materials Developments. New York : Springer Science and Business Media.