Matériaux thermoélectriques polymères

L'effet thermoélectrique est un phénomène physique qui permet de convertir une énergie électrique en différence de température (effet Peltier) ou inversement une différence de température en énergie électrique (effet Seebeck). Outre l'utilisation de la thermoélectricité pour la thermométrie ou la réfrigération, les dispositifs exploitant cet effet ont un intérêt pour la récupération de la chaleur dégagée ou perdue sur des installations exothermiques. Dans le contexte économique et environnemental actuel, ces systèmes ont un fort potentiel de développement et devraient permettre de réduire la consommation d'énergie par récupération de la chaleur perdue et éventuellement d'améliorer le rendement de certains dispositifs en limitant les effets de surchauffe. Le développement de matériaux capables de s'adapter à des géométries complexes et d'exploiter de faibles différences de température pourrait permettre par exemple de récupérer la chaleur humaine ou la chaleur de dispositifs portables utilisés quotidiennement et offrirait des potentialités quasi illimitées de récupération d'énergie... C'est dans ce créneau et avec cet objectif, pour des températures d'utilisation proches de la température ambiante, que sont développés les polymères pour la thermoélectricité.

Les performances d'un matériau thermoélectrique sont caractérisées par le facteur de mérite adimensionnel dont l'expression est donnée ci-après :

Le facteur de mérite ZT est donc le produit de la conductivité électrique σ  et du coefficient de Seebeck α divisé par la conductivité thermique κ. Un bon matériau thermoélectrique doit donc présenter une conductivité électrique élevée (cas des métaux) et un coefficient de Seebeck élevé tout en étant un bon isolant thermique (cas des isolants). L'effet thermoélectrique est observable dans la plupart des matériaux conducteurs (sauf pour les superconducteurs en dessous de T _c ), cependant la figure de mérite est optimale pour des concentrations en porteurs caractéristiques des matériaux semi-conducteurs. Ce comportement a été tout d'abord mis en évidence pour certains semi-conducteurs inorganiques, et notamment le tellurure de bismuth qui, avec un ZT proche de 1, reste à ce jour le matériau de référence pour les applications proches de la température ambiante. De nombreux autres matériaux inorganiques ont été étudiés tels que les clathrates, skutterudites, etc., mais ne sont performants qu'à des températures d'utilisation plus élevées.