Effet Peltier
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On nomme Effet Peltier, du nom du physicien Jean-Charles Peltier, un effet de déplacement de chaleur en présence de courant électrique dans des matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions (contacts). Cet effet fait que l'une des jonction se refroidit légèrement pendant que l'autre se réchauffe légèrement. L'effet peut être suffisant pour faire apparaître du givre.
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Définition
L’effet Peltier entraîne un dégagement ou une absorption de chaleur au niveau des jonctions entre deux conducteurs de natures différentes.
La figure suivante montre le circuit thermoélectrique de base :
Circuit_thermoélectrique_de_base.png
Deux matériaux conducteurs de natures différentes a et b sont reliés par deux jonctions en X et W. Dans le cas de l’effet Peltier, un courant électrique I est imposé au circuit, en plaçant par exemple une source de courant électrique entre Y et Z, ce qui entraîne une libération de chaleur Q à une jonction et une absorption de chaleur à l’autre jonction. Le coefficient Peltier relatif aux matériaux a et b Πab est alors défini par :
Si un courant imposé dans le sens Y→W→X→Z entraîne une libération de chaleur en X et une absorption en W, alors Πab est positif.
Théorie
L’effet Peltier est lié au transport d’entropie par les porteurs de charge (électrons ou trous) au sein du matériau. Ainsi lorsqu'il y a dans le schéma de principe ci-dessus une libération de chaleur en X et une absorption en W, cela est dû au fait que les électrons ou les trous gagnent de l'entropie en passant du matériau b au matériau a en X (il y a donc absorption de chaleur), tandis que réciproquement ils reperdent de l'entropie en passant du matériau a au matériau b en Y (il y a donc libération de chaleur).
Applications
L'effet Peltier est à la base des systèmes de refroidissement par effet thermoélectrique
- L'effet Peltier est utilisé pour le refroidissement des microprocesseurs surcadencés, afin de limiter leur température. Bien que peu puissant, il est apprécié dans la mesure où il ne contient aucune pièce mobile et n'est donc source d'aucune nuisance sonore. Mais un problème persiste : celui de la condensation. En effet de par sa nature même, l'effet Peltier crée un différentiel de température important entre deux plaques de métal. Cette condensation se produit alors sur la partie la plus froide.
- Dispositifs réfrigérateurs.
L'effet Peltier est utilisé dans des applications pour lesquelles la température doit être régulée de manière très précise et fiable, comme par exemple pour les containers utilisés pour le transport d’organes à transplanter, ou pour des applications dans lesquelles les vibrations constituent une gêne considérable, comme par exemple les systèmes de guidage laser.
Divers
On peut noter que le phénomène inverse existe : une différence de température entre les deux jonctions W et X peut induire une différence de potentiel électrique, c'est l'Effet Seebeck. Lord Kelvin a montré que les effets Peltier et Seebeck sont liés, et que le coefficient Peltier est lié au coefficient Seebeck S par la relation :
