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RÉSUMÉ
Dans un contexte économique très largement concerné par les problèmes d’énergie, la recherche de nouvelles technologies se penche sur les propriétés physiques qui pourraient être utilisés pour fabriquer des générateurs sur des grandes plages de puissance. Il s'avère que les nanotechnologies bénéficient grandement au développement de ces systèmes thermoélectriques. Après une explication physique des phénomènes, l'article présente l’utilisation énergétique des phénomènes concernés au travers de deux cas : l’émission thermoélectrique et la thermoélectricité. Tout ces résultats laissent présager des améliorations spectaculaires du rendement des générateurs et refroidisseurs thermoélectriques.
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-
John STOCHKOLM
INTRODUCTION
Des résultats très récents montrent une activité de recherche et développement très intense qui laisse présager, au vu des résultats de laboratoires, des améliorations spectaculaires du rendement des générateurs et refroidisseurs thermoélectriques.
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5. Renouveau grâce aux nanotechnologies
L'application aux systèmes thermoélectriques des techniques de la microélectronique et, de façon générique, de ce qu'il est convenu d'appeler les nanotechnologies, est en train de faire vivre une révolution pour les performances, mesurées ou prévues, des systèmes thermoélectriques.
Dans le même temps, le domaine des micro- et nanotechnologies lui-même exprime des besoins nouveaux et en plein essor pour des microsources d'énergie et des microrefroidisseurs. Il est évident que les systèmes thermoélectriques par leur capacité intrinsèque de miniaturisation sont parfaitement placés pour répondre à ces besoins. Néanmoins, il ne faut pas oublier, dans les applications en générateur autour de la température ambiante, l'existence du principe de Carnot selon lequel le rendement ne peut dépasser le rendement idéal de Carnot :
Si la thermoélectricité permet effectivement de générer de l'électricité à partir de gradients thermiques extrêmement faibles, comme 1 K, en revanche dans ce cas les rendements seront très faibles.
5.1 Utilisation des techniques « standard » de la microélectronique
Les premiers progrès qui ont été faits, depuis quelques années concernent la simple miniaturisation de modules thermoélectriques utilisant les matériaux classiques en particulier le tellure de bismuth. Ainsi, Seiko a réalisé le seul produit ayant été finalisé pour alimenter une montre à partir de la chaleur du poignet (figure 17).
Une image en microscopie électronique de la partie thermoélectrique est donné sur la figure 18.
Ce module est composé d'éléments de 120 × 120 µm2 et fonctionne avec un gradient thermique de seulement 1 K. Il produit au maximum 22 µW sous 300 mV et un amplificateur de tension augmente la tension à 1,5 V. La méthode...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GERL (M.), ISSI (J.P.) - Traité des Matériaux. - Vol. 8, chap. 8, Presses polytechniques et universitaires romandes, Suisse (1995).
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(5) - Encyclopedia Universalis France. - Vol. 16, p. 45 (1974).
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(6) - FOURNIER (A.) - Électronique et radioélectricité générale. - Chap. 7, Delagrave Paris (1961).
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