Le blog aléatoire

Thermoélectrique

Mon blog d’hier était sur les problèmes de trouver un réfrigérant idéale. Pourtant, la bonne solution peut venir d’une technologie toute différente.

L’effet thermoélectrique est connu depuis long temps. Du courant dans un circuit de deux fils, connecté par un troisième fil d’un mâtereau différent, rend un des jonctions chaud et l’autre froid. Dans les applications pratiques les fils ne sont plus des fils mais des pellets enfermé entre deux plaques. Quand alimenté par un courant, un côté devient chaud et l’autre froid. Une application pratique est les boites frigorifiées pour voitures. Pour 1 W alimenté la chaleur absorbé à l’intérieure est d’ordre 0,3 W tandis que il est d’ordre 2 W dans un frigo conventionnel.   

Le contraire fonctionne aussi. Si un côté est en contact avec un corps chaud et l’autre avec un corps froid, un courant électrique est généré.

Le problème majeur est le pauvre rendement. Pour le bon fonctionnement il faut un matériau que est à la fois un mauvais conducteur thermique, (pour maintenir une bonne différence de température), et un bon conducteur électrique, (pour éviter des pertes ohmiques). La tendance générale est que ces deux types de conductivité sont liés. Donc, un matériau qui est un mauvais conducteur thermique est aussi est un mauvais conducteur électrique. Cependant, cette réciprocité n’est pas parfaite. Une alliance de tellurure et bismuth peut par exemple produire un effet acceptable pour certaines applications nichées.

Dans nous voitures beaucoup de carburant est gaspillé en forme de pertes caloriques. De nombreux constructeurs essayent de développer des matériaux thermoélectriques capables d’extraire de la puissance à partir de la chaleur autrement perdue. Un tel appareil pourrait par exemple employer les échappements comme source de chaleur, l’air ambiant comme refroidisseur et tout en remplaçant l’alternateur charger la batterie.   

Mais jusqu'à présent les matériaux n’ont pas été suffisamment performants pour si faire. Une équipe de chercheurs chez KTH, suède peut changer la donne car ils ont trouvé un nanomatériau qui multiplie le rendement. L'année prochaine un prototype sera installé dans un Seat.

Le matériau est skuttérudite. C’est la conductivité thermique de ce minéral qu’ils ont réussi à réduire d’une façon spectaculaire en le dopant, avec entre autre du nickel et en le fabriquant à partir de nanostructures.      

Le résultat n’est pas encore assez performant pour remplacer le cycle thermodynamique conventionnel mais les applications potentiellement possibles sont devenues plus nombreux, y compris le remplacement des alternateurs de voitures.

Cependant, d’autres groupes de chercheurs voient dans leurs calcules que d’autre conceptions, basé sur la nanotechnologie, pourraient rendre l’effet encore plus performants.

Il y a donc un espoir que les compresseurs dans nos frigos et nos pompes à chaleur un jour pourraient être remplacés par des engins beaucoup plus simple. Dans ce cas il serrait véritable révolution thermodynamique !