Phénomène physique qui consiste en la conversion directe d’une énergie thermique en électricité, et inversement, dans des matériaux appropriés. Il existe trois effets thermoélectriques qui résultent du couplage entre les phénomènes de conduction électrique et thermique : les effets Seebeck, Peltier et Thomson. Les performances d'un matériau thermoélectrique sont caractérisées par le facteur de mérite adimensionnel.
Les thermocouples utilisent l’effet Seebeck pour déterminer une température : une tension apparaît, proportionnelle à la température du milieu étudié, entre les deux extrémités d’une soudure de deux fils de métaux différents. Le module Peltier est l’application sans doute la plus répandue avec le refroidissement thermoélectrique : un assemblage de semi-conducteurs de type n et p, pris en sandwich entre un matériau conducteur et alimenté en courant, présente une différence de température entre ses deux faces, la face froide permet de refroidir.
Ces convertisseurs d'énergie basés sur la technologie thermoélectrique présentent de nombreux avantages : absence d'organes mobiles et de fluide, simplicité de mise en œuvre, grande fiabilité et composants propres pour l'environnement [K730]. Ces systèmes sont utilisés dans des applications où leurs atouts l’emportent sur leur coût élevé et leurs faibles performances (domaine spatial et aéronautique, refroidissement de composants électroniques).
Cependant, dans le contexte économique et environnemental actuel, les effets thermoélectriques présentent un regain d’intérêt avec la problématique des gaz utilisés en réfrigération et les émissions de gaz à effet de serre : il est urgent de développer des sources d’énergie alternatives [N1500]. Les efforts sont portés sur des matériaux connus sous de nouvelles formes de basse dimensionnalité (puits quantiques, matériaux à cages, couches minces, nanocomposites...) aux propriétés thermoélectriques intéressantes. Les applications commercialisées actuellement concernent essentiellement le refroidissement (réfrigérateurs portatifs, climatisation automobile…).
Par contre, il faut relever le développement de générateurs thermoélectriques pour exploiter la production d'électricité à partir de sources de chaleur perdue. Ces applications pourraient conduire à une réduction de la consommation d’énergie et une amélioration du rendement d’installations exothermiques en limitant leur surchauffe. Dans cette perspective, de grandes avancées ont été soulignées récemment dans le domaine des matériaux thermoélectriques nanostructurés et architecturés, avec notamment la minimisation de la conductivité thermique, pour de meilleures performances [N1510].
De même, des matériaux polymères conducteurs capables d’exploiter de faibles différences de température ont été développés [K721]. Ces dispositifs thermoélectriques flexibles, de faible toxicité, faciles à mettre en forme, offrent un large éventail de solutions durables en devenir de récupération d’énergie (chaleur des portables, chaleur humaine).
Les générateurs thermoélectriques permettent la conversion directe de l’énergie thermique en énergie électrique. Cet article présente les principes et propriétés de base de ces générateurs construits autour de modules thermoélectriques. Un inventaire de ces modules est développé. Des méthodes de conception de générateurs thermoélectriques sont présentées. Une application à la production d’électricité pour une cuisinière bois est détaillée. De nombreuses applications concernant l’espace, la production en milieu extrême, la récupération des énergies thermiques perdues, la production d’électricité décentralisée, la micro-production et l’utilisation de l’énergie solaire sont passées en revue.
Le packaging des circuits intégrés a pour rôles d’établir les interconnexions électriques, de permettre la protection de la puce microélectronique, la dissipation de chaleur et de garantir la fiabilité du composant. Cet article est entièrement consacré au packaging des circuits intégrés. Il détaille les principales étapes d’assemblage des puces et les supports d’interconnexions utilisés (métal, céramique, organique et nouveaux supports) avant d'établir les différentes typologies de boîtier. Il sensibilise enfin sur la contribution du packaging aux performances électriques et thermiques, mais aussi à la fiabilité des composants.
Les polymères semi-conducteurs représentent des candidats idéaux pour la fabrication de générateurs thermoélectriques, systèmes capables de convertir une différence de température en une différence de potentiel électrique. En effet, les polymères sont flexibles, robustes mécaniquement et peuvent être facilement mis en forme à partir de solutions liquides. Dans cet article, après une introduction visant à fixer le cadre général et le vocabulaire de base, les phénomènes physiques responsables de la conversion d’énergie et les principales techniques de fabrication des générateurs sont expliqués. Une attention particulière est portée aux techniques de dépôt par impression. Enfin, l’impact environnemental de ces dispositifs ainsi que les principaux verrous technologiques actuels sont présentés.
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