Qu’est-ce qu’un refroidisseur thermoélectrique ?
Un refroidisseur thermoélectrique (anglais : Peltier device) est une unité d’éléments thermoélectriques qui est refroidie ou chauffée par l’application d’un courant électrique. Ils sont également appelés “modules Peltier”.
Il s’agit de modules d’éléments semi-conducteurs utilisés dans divers dispositifs de refroidissement et de chauffage. Grâce à la conversion rapide du sens du courant, l’objet peut être chauffé, puis drainé rapidement avec une grande précision dans la gestion du contrôle de la température de l’objet. Ce phénomène est dû à l’effet Peltier qui se produit lorsqu’un courant électrique circule, et on le retrouve de nos jours non seulement dans le domaine industriel mais aussi dans les objets familiers de la vie quotidienne.
L’effet Peltier a été découvert par le physicien français Jean-Charles Peltier en 1834. À l’époque de sa découverte, on utilisait deux métaux différents, alors qu’aujourd’hui on utilise des semi-conducteurs efficaces.
Utilisations des refroidisseurs thermoélectriques
Les refroidisseurs thermoélectriques sont généralement utilisés dans de nombreux domaines en tant qu’éléments propres.
Par exemple, dans celui de la mesure et de l’analyse. On s’en sert ici notamment pour la déshumidification dans les spectrophotomètres et les analyseurs de gaz. Dans le domaine de l’optique, ils servent plutôt au refroidissement des projecteurs et des caméras de surveillance.
Ils sont également compacts, légers et sans CFC. Dans le secteur de la consommation, ils sont utilisés pour refroidir les unités centrales des ordinateurs, les climatiseurs, les purificateurs d’air, les sèche-cheveux, les glacières, les refroidisseurs de vin, les équipements médicaux et d’autres produits électroniques grand public familiers, car ils sont censés réduire les coûts de production et offrir un niveau élevé de fiabilité.
Principe des refroidisseurs thermoélectriques
1. L’effet Peltier
Les refroidisseurs thermoélectriques utilisent le phénomène de transfert de chaleur d’un métal à l’autre lorsqu’un courant continu est appliqué à la jonction de deux métaux différents. Ce phénomène est connu sous le nom d'”effet Peltier”. Lorsqu’un courant électrique traverse directement le refroidisseur thermoélectrique, une différence de température est créée entre les deux faces de l’élément. La face à basse température absorbe de la chaleur et celle à haute température en produit. Cela permet ainsi de transférer de la chaleur de la face à basse température vers celle à haute température.
De plus, en modifiant la polarité du courant, la direction de la chaleur de pompage peut également l’être. Ajoutons également que qu’en modifiant l’ampleur du courant, celle de la quantité de chaleur peut l’être au même titre. On peut se servir de l’effet Peltier pour faciliter le refroidissement, le chauffage et le contrôle de la température.
2. Dispositifs thermoélectriques à semi-conducteur
Les éléments semi-conducteurs thermoélectriques les plus utilisés ces dernières années sont des blocs soudés ayant des propriétés N et P distinctes, ou des alliages d’estérides de bismuth dopés de manière appropriée. Ils se caractérisent par la nature directionnelle du matériau. Le principe est donc que la différence entre les électrons supplémentaires dans le matériau N et ceux manquants dans le matériau P entraîne un transfert d’énergie thermique.
Les refroidisseurs thermoélectriques sont constitués d’une unité d’éléments semi-conducteurs P et N dans un motif alternatif PN connectés en série. Ceux-ci sont pris en sandwich entre des substrats en céramique.
Autres informations sur les refroidisseurs thermoélectriques
1. Avantages des refroidisseurs thermoélectriques
Les systèmes de refroidissement utilisent généralement un réfrigérant et nécessitent des équipements tels que des compresseurs. Les refroidisseurs thermoélectriques, en revanche, ne nécessitent ni réfrigérant ni compresseur. Ils présentent donc l’avantage d’être compacts, légers et sans vibrations. Cela en fait un dispositif de refroidissement et de chauffage respectueux de l’environnement. Un autre avantage est sa capacité à contrôler les températures avec une grande précision. Toutefois, des améliorations peuvent être apportées en termes d’efficacité.
Les dissipateurs thermiques, souvent utilisés pour refroidir les appareils électroniques, ne font que dissiper la chaleur. Les refroidisseurs thermoélectriques peuvent quant à eux refroidir jusqu’à une température inférieure à la température ambiante et ainsi fournir un refroidissement efficace.
2. Utilisations en expansion pour les thermoélectriques
Les lasers à semi-conducteurs utilisés dans les réseaux de communication optique doivent maintenir une longueur d’onde constante afin d’assurer une transmission stable des informations. La clé de la stabilisation de celle-ci est la température. Les refroidisseurs thermoélectriques sont de plus en plus utilisés pour cette réalisation.
De plus, des produits dotés de générateurs d’ions ont été lancés dans les appareils ménagers. Alors que les systèmes de purification de l’eau libèrent des composants susceptibles de provoquer des moisissures et des bactéries, les refroidisseurs thermoélectriques refroidissent l’humidité de l’air. Ainsi, ils la condensent pour produire des ions propres sans composants nocifs, ce qui permet d’économiser de l’énergie.
Par ailleurs, la méthode PCR, qui permet de tester la présence d’agents pathogènes, amplifie les réactions de l’ADN. Dans ce cas, des cycles de température précis avec un contrôle précis de la température sont nécessaires, d’où l’utilisation des refroidisseurs thermoélectriques. L’équipement pour les tests PCR peut maintenant être plus petit et posé sur une table. Plus récemment, plusieurs récipients d’échantillons peuvent être montés pour des tests parallèles très efficaces.