Brouillon

intro
Comment peut-on produire de l’électricité ? On connaît tous les moyens possible en partant
d’une énergie mécanique, chimique ou électromagnétique : le principe de la dynamo, les piles
électrochimique, les cellules photovoltaïque avec l’action de la lumière ou encore les cristaux
piézo-électriques qui fournissent un potentiel électrique par pression mécanique. Il existe un
autre moyen, avec la thermoélectricité, à partir d’énergie thermique.
Son existence est très peu connu du grand public, mais néanmoins ses applications se sont
développées discrètement au cours des deux derniers siècles, et c’est ainsi que de nos jour la
thermoélectricité se retrouve omniprésente dans le domaine spatial et scientifique.
Nous allons donc nous intéresser a ce phénomène, resté inaperçu face aux sources d’énergie
plus importante comme le charbon ou le nucléaire, en passant par ces origine, sa théorie et ses
application

I histo rapide
D’où provient ce phénoméne ?
Le premier effet thermoélectrique a été découvert par le physicien allemand Johann Seebeck
en 1821. Concrètement son expérience ressemblais a ceci :
Il assembla un morceau de cuivre, auxquels il souda un autre métal, de l’argenton, un alliage
cuivre nickel zinc;
Il plaça une aiguille aimanté au centre (une boussole), et il s’aperçu qu’en chauffant une
soudure, l’aiguille était dévié de sa position initial : le champ magnétique local à été modifié,
ce qui veut alors dire qu’un courant circule dans le système.
Quelques années plus tard, en 1834, le physicien français Jean Peltier découvrit le second
effet thermoélectrique qui est en fait, l’inverse du premier.
L’expérience est la même que tout a l’heure, mais cette fois lorsqu’
on impose un courant dans le circuit, on observe une différence de température au niveau des
deux jonctions, Une soudure devient chaude et une autre plus froide. La thermoélectricité
correspond alors à la possibilité de créer du courant à partir de chaleur et inversement.

II THEorie
Mais voyons maintenant plus en détail le processus de ce phénomène qui va nous permettre
par la suite de mieux comprendre son histoire et les applications qui lui sont associé de nos
jours.
Comment obtenir de l’électricité à partir de chaleur ?
Il suffit de posséder 2 conducteurs différents par exemple un couple Nickel/Fer et soudé a leur
extrémité.
Lorsque la température des jonctions est différente et seulement si elle est différente, on
observe alors le passage d’un courant par l’intermédiaire d’un ampèremètre.
Ou bien si le circuit est ouvert, on observe une différence de potentiel avec un voltmètre, ceci
toujours avec une différence de température entre les 2 extrémités.
Avec TF température froide et TC température chaude des jonction

Mais on peut s’interroger sur la quantité d’électricité obtenue:
Seebeck a remarqué que pour un couple de conducteur, la tension obtenue est proportionnelle
à la différence de température entre les 2 soudures.
On appelle ce cœfficient de proportionnalité le pouvoir thermoélectrique du couple ou
cœfficient de Seebeck
Seebeck avait observé que la tension produite n’était pas la même en fonctions des
conducteurs choisit. Il a donc classé les métaux en fonctions de leur pouvoir thermoélectrique,
c'est-à-dire leur aptitude à fournir plus ou moins de courant à une température donné.
Le cœfficient du couple est alors relié au cœfficient des matériaux qui le compose par la
différence ;
»coeff métal 1-coeff métal2 »
Il suffit alors de regarder dans des tables le cœfficient de Seebeck de chaque métal et en
déduire celui du couple considéré.
On voit bien que pour obtenir une tension importante, il faut que le delta T et le coeffcient de
Seebeck soit grand.
Mais ce n’est pas tout, pour obtenir une tension correcte, il faut aussi que les conducteurs
posséde une bonne conductivité électrique (de manière a ce que l’intensité engendré ne soit
pas perdu par effet joules), et en même temps une faible conductivité thermique (afin de
posséder un gradient de T le plus grand possible). Ce genre de matériau possédant
simultanément ces 2 propriétés sont assez rares et on doit donc faire des compromis pour
obtenir des rendements acceptable.
On peut maintenant répondre à la question, combien d’électricité peut-on espérer récupérer
avec ce processus ?
Et bien, si on utilise des métaux dans les couples, on n’obtient que des tensions assez faible
car le pouvoir thermoélectrique de ces conducteur ne dépasse pas 15 µV/K , cette valeur
indiquant que pour un delta T de 1K, j’obtient 15 micro volt a la sortie du couple.
J’obtiendrais donc une tension de l’ordre du millivolt avec un bon delta T pour ce genre de
couple.
On peut néanmoins contourner ce problème en utilisant des alliages métallique comme par
exemple le constantan qui peuvent atteindre jusqu’a 40 µV/K . Mais il existe aussi une autre
alternative, ce sont les semis conducteurs, comme le Silicium, le germanium, qui possède
des pouvoirs thermoélectriques élevé dépassant largement le 100 µV/K.
Maintenant que l’on vient de voir comment l’effet thermoélectrique se comporte, on va
pouvoir le mettre en pratique avec une optimisation du processus. C’est sous ce principe que
reposent toutes les applications.
OPTIMISATION

On vient de voir que même en utilisant des semi conducteur dans un couple, on obtient au
mieux des tensions de l’ordre du mili-volt et cette valeur est trop peu suffisante pour un
véritable usage. C’est la que ça devient intéressant : pourquoi ne pas associer plusieurs couple
en série ?
Regardons de plus prés le fonctionnement :
Pour obtenir une tension, je dois avoir 2 conducteurs différents, ainsi que 2 températures de
jonctions différentes, mais rien ne m’empêche de relier d’autre couple au premier et ainsi de
suite pour obtenir beaucoup plus de courant.
La tension obtenue est donc multipliée n fois par le nombre de couple dans le système.
Je n’ai plus qu’a maintenir les soudures d’un même coté a une température donnée, par
exemple en mettant un brûleur a gaz a gauche qui va chauffer ces jonctions, et en maintenant
les autre soudure a une température inférieur, en fixant un dissipateur de chaleur.
Alors voyons la réalisation pratique de la thermoélectricité :
Comme Les fils de conducteurs sont fin et fragile, ont utilise en fait des sections rectangulaire
de conducteurs qui supportent mieux les contrainte mécaniques lorsqu’on les manipules.