Salut à tous, dans le cadre de mon TIPE (dont le thème est cette année, transfert et échange) je pensais m'intéresser aux effets Peltier et Seebeck. Pour celà je suis à la recherche d'un système industriel métant en œuvre ces phénomènes.

J'ai commencé à faire quelques recherches là dessus, l'effet Peltier est notamment utilisé dans des cellules de refroidissement compactes pour refroidir les processeurs par exemple. L'effet Seebeck est à l'inverse utile pour générer un courant à partir d'une différence de températures mais sont rendement étant faible il est surtout utilisé pour fabriquer des thermomètres (assez précis semblerait-il).

Du coup je me disais que çà pourrait être une bonne idée de faire un montage avec une enceinte calorifugée et asservi en température au moyen d'un thermomètre utilisant l'effet Seebeck comme capteur et d'une cellule à effet Peltier pour effecteur (les perturbations pouvant être générées par effet joule). Ainsi je colle parfaitement au thème et je met en pratique mes connaissances en diffusion thermique, en thermodynamique, en électricité et en asservissement (je suis en filière PSI donc un peu de sciences industrielles ferait pas de mal).

Qu'en pensez-vous ? Connaissez-vous des système industriels utilisant ces phéomènes ou encore mieu, les utilisant dans un asservissement comparable à ce que j'ai décrit ?

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Edité par steph22 22 septembre 2013 à 20:46:51

Comme système industriel, il y aussi les refroidisseurs de siège de voiture. C'est assez utilisé pour les voitures assez haut de gamme dans les pays chauds.

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Edité par Anonyme 23 septembre 2013 à 21:40:35

Ah je savais pas. Faut dire que chez nous çà serais un peu superfu.

En fait j'ai trouvé plein de systèmes qui incluent des cellules à effet Peltier mais je n'ai toujours pas trouvé d'asservissement en température fonctionnant sur ce principe.

Du coup j'oriente ma question un peu différemment, pensez-vous que c'est une bonne idée et surtout que c'est faisable.

En effet il semblerait que fabriquer des cellules de ce type nécessite pour bien fonctionner des semi-conducteurs qui forment de bien meilleurs couples thermoélectrique que des couple de métaux ordinaires (fer - cuivre au hasard ) or pour le fait maison on a tendance à faire des montages un peu moin miniaturisé que ce qui se fait sur le marché , donc difficile de faire çà avec des matériaux hors de prix. Je n'ai pas encore fait de recherches très poussées sur le phénomène donc je n'ai aucune idée du résultat qu'on pourrait obtenir avec du matériel de labo standard mais apparemment si on veux construire un thermomètre avec des métaux courants on obtient que de très faibles différences de tension se qui obligerait à faire un montage amplificateur en plus (voir peut-être aussi un filtre pour éliminer le bruit ?). Sur le principe çà me dérange pas, plus il faut ajouter de connaissances personnels et de débrouillardise plus le travail sera apprécié mais à condition qu'il aboutisse. Voilà pourquoi j'aimerais avoir votre avis surtout si vous avez déjà essayé ce genre de manip.

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Edité par steph22 23 septembre 2013 à 20:54:29

alors. ton projet est franchement faisable pour un TIPE. j'avais commencé à faire un truc un peu dans le même genre mais avec un fonctionnement plus compliqué (cherche hygrometre à point de rosée... le fonctionnement est assez complexe à expliquer en détail pour s'emmèler à l'oral et que l'examinateur comprenne rien, ce qui m'est arrivé)

le seul probleme que tu risque d'avoir avec ton projet, c'est qu'une cellule peltier (celle qui fait effecteur) ça produit une différence de température entre 2 "côtés d'une plaque" et que donc il va falloir trouver un moyen de faire transiter l'énergie en dehors de ton calorimetre, via le module peltier, autrement dit, creuser le calorimetre et refaire l'isolation autour du module peltier. sinon c'est completement faisable. (d'ailleurs tu peux chercher autour des thermometre "thermocouple" (type k c'est le mieux je pense dans ton cas) et des cellules de froid pour glacières "allume-cigare", pour faire ta maquette, ça doit pas couter des sommes astronomiques (je pense raisonnablement que sans compter le calorimetre t'en as pour moins de 50€, électronique pour faire un petit superviseur comprise).

par ailleurs, le montage d'amplification, tu seras obligé d'en avoir un, quel que soient tes matériaux, si tu veux être un tant soit peu crédible. en effet, si tu as un ADC qui a une amplitude de mesure de 5V, et une résolution de 1mV/graduation logique, et que tu as un capteur de température qui varie de 10mV dans la bande de température "courante", tu passe un peu pour un rigolo (je suis pas rigoureux avec les notations, tu me pardonneras, je suis sur que tu comprends l'idée). sans compter que l'étage "suiveur" qui lui est nécessaire au vu des tensions et courants en jeu qui induisent que les pertes par effet joule peuvent être importants par rapport au signal du capteur.

en tout cas, si tu appréhende un peu, dis toi que c'est franchement faisable, par contre il faut s'y mettre rapidement, histoire de pas trop t'encombrer au moment des révisions pour les concours.s'il te reste que la partie blalblabla d'ici février c'est gagné pour toi.

Merci beaucoup pour ta réponse, pour l'effecteur je pensais effectivement m'arranger pour que la face chaude soit placée à l'extérieur. Pour ce qui est de la mise en place en fait j'étais parti sur l'idée qu'on allait faire nous même les cellules Peltier en mettant en série des thermocouples faits maison mais j'ai cru comprendre que les pertes par effets joules était trop importantes avec des matériaux basiques. Ne crois-tu pas qu'il soit domage d'utiliser des composants du commerce pour réaliser la maquette (même si c'est vrai que démonter un vieux PC ou une glacière çà reste quand même dans l'esprit) ? Ou alors peut-être qu'on pourrait faire d'abord une étude du phénomène avec un montage fait maison et des conditions un peu extrèmes du genre chauffé avec une flamme (j'ai trouvé sur youtube des vidéo où on montre des tensions de l'ordre du mV avec une dizaine de thermocouples fer-cuivre en série). Çà suffirait à faire des relevés qui mettent en évidence le phénomène et ensuite on dit que l'utilisation de semi-conducteurs (dopés il me semble ) est nécessaire pour avoir de meilleurs rendements et là on étudie une maquette faite avec des cellules du commerce.

Je vais jetter un coup d'œuil sur les hygromètres, en tout cas merci pour ton aide.

alors. pour faire court: si tu veux te fabriquer ta cellule peltier, déjà ça te prendra du temps, mais si tu es assez minutieux et patient, tu peux tout à fait en faire une. (après, y'a toujours des moyens de faire diminuer l'effet joule, en mettant l'interface "de puissance" plus près des jonctions par exemple. tu peux aussi balancer 900W dans un gros thermocouple pour faire "flamme"^^)

le probleme des cellules à semiconducteur, c'est que c'est à échelle miniature que ça marche.

tu dis "on": tu fais ton tipe en groupe?

aussi, ce qu'il faut savoir c'est que peltier/seebeck c'est le même phénomene qui est réversible. du coup, ben... tu peux mettre des choses en évidence en ne faisant qu'une seule cellule.

il me semble qu'au lycée on avait des thermocouples "ad hoc" qui étaient faits avec des métaux relativement peu chers (éducation nationale...) et qui faisaient très bien leur taf, mais j'ai plus les noms (une ceule cellule)

Merci pour ces précisions, en effet pour faire des mesures je n'ai besoin que d'une cellule mais il en faudra une autre si je veux faire la maquette dont j'ai parlé, reste encore à trouver une justification industrielle à mon montage.

Nous sommes deux sur ce TIPE et nous avons deux heures fixes par semaine à y consacrer donc je pense qu'une fois qu'on aura une idée claire de ce qu'on veux faire çà devrait pas poser de problème.

Pour ce qui est des thermocouples que tu avais au lycée s'agissait-il de couples cuivre-acier ? ou encore cuivre-nickel, j'ai lu qu'il s'agissait du meilleur couple théorique qu'on puisse faire avec des métaux courants.

pour les matériaux, aucune idée. demande dans ton lycée, si y'a une section STL, aux profs de physique - régulation - ou chimie (ça m'étonneraient qu'ils sachent), ou aux aides de labo, ils en auront peut-être même un à te prêter^^.

ce que je me rappelle c'est qu'on avait en gros un conditionneur à régler (le montage qui fait amplification - filtrage - offset) pour avoir la valeur de température sur le voltmetre.

non ce que je disais par "c'est réversible" c'est que le même thermocouple peut te servir à la fois comme appareil de mesure et comme effecteur, pour la maquette de "mise en avant du procédé"

bah une justification industrielle, y'en a plein. partout ou y'a intérêt à maintenir une petite zone à une température de valeur précise, par exemple... ou même pour fabriquer un hygrometre à point de rosée (mais là franchement tu t'engage dans un sujet casse-gueule, d'expérience, donc si vraiment tu veux faire ça, je t'aiderai volontiers, mais c'est pas une bonne idée quoi. j'ai eu 10 à CCP pour l'ensemble TIPE + ADS, et j'ai cartonné à l'ADS, ce qui veut dire que mon TIPE devait pas avoir une bonne note du tout.)

Oui j'avais bien compris l'histoire de la reversibilité se que je veux dire c'est que je vais de toute façon devoir me procure 2 cellules pour le montage final.

On a pas de STL dans mon lycée malheureusement, on va surement partir sur une glacière, on va bosser la dessus a la toussaint je pense.

si tu achete un thermocouple industriel il aura pas du tout un form factor qui t'intéresse pour mettre en évidence des choses. je m'explique:

dans le cas du module peltier (l'effecteur) ca ressemble à un pavé droit avec des fils (l'alim et les controles) qui en sortent. dans le cas du thermomètre ca ressemble à un fil. du coup... pas très visuel. ce que tu peux faire, c'est t'en bricoler un (trouver les métaux qui vont bien) et faire tes deux manip', les deux avec le thermomètre (qui est de loin le plus visuel des deux objets), pour mettre en évidence ce que tu cherche à prouver: les effets peltier et seebeck sont utilisables dans ton projet.

ensuite il te restera qu'à acheter une cellule peltier et de quoi faire la logique de commande et l'alim proprement, parce que ton thermomètre, tu l'auras déjà (au pire si tu arrive pas à le faire, sur RS à genre 30€ des thermometres "thermocouples" qui vont bien dans la gamme de température que tu demande[-60°C;350°C], 

ce que je veux dire c'est que fabriquer l'effecteur sera de toute façon difficile, alors que le thermomètre déjà beaucoup moins (l'effecteur a des conditions de puissance et de performance à respecter, que le thermomètre n'a pas), et si tu te débrouille bien le thermomètre peut te servir à montrer les deux phénomènes et la possibilité de l'utiliser dans ton application. ensuite ce qu'il faudra que t'arrive à dimensionner le module peltier de la bonne puissance pour le volume de ta glacière, et ça, ben ca te bloque au début parce que t'as pas encore fait (ou acheté, plus pratique) la glacière ni évalué ses pertes de chaleur... et ça, ça se fait au thermomètre différentiel (comme idéalement un thermocouple par exemple). voilà pourquoi je te parlais de réversibilité. pour moi, le module peltier tu l'auras caractérisé beaucoup plus loin dans le projet.

Donc si je comprend bien je m'occupe d'abord de me fabriquer un bon thermocouple pour mettre en évidence les phénomènes. Ceci achevé je pourrais commencer la réalisation de mon système à partir d'une cellule du commerce comme effecteur et de ma version faite maison utilisée comme thermomètre. Pour ce qui est de l'enceinte calorifugée je pensais plutôt la fabriquer moi même aux dimensions qui m'arrangent, calculées à partir des caractéristiques de ma cellule effectrice.

question con, c'est combien de budget par groupe chez vous le TIPE?

selon moi, oui, fabriquer ou acheter, tu vois par toi-même suivant comment tu appréhende la durée de ce qu'il y a à faire après, et le budget. par contre le principe de fabriquer l'enceinte en fonction de la cellule peltier, c'est pas forcément une bonne idée, parce que si tu choisis le module peltier d'abord, alors que tu connais mal ton enceinte, tu risque d'avoir des problèmes de dimensionnement, et du coup soit arriver à un problème impossible au moment de faire tes asservissements: "comment je fournis 50W là ou j'ai une cellule qui ne peut en fournir que 30", soit avoir acheté un module peltier 300€ là ou un petit module à 20€ aurait suffi.

d'ailleurs, pourquoi ne pas prendre une petite glacière pour faire ton enceinte calorifugée? (petite c'est pour pas demander un trop gros module peltier pour avoir un systeme réactif-pas trop lent pour quand vous faîtes les essais- ça a vite fait de couter cher) 

il faudra garder en tête l'idée qu'il faudra aussi faire un bloc d'alim' (ou peut-être que suivant vos connaissances et le matériel, un boitier d'alim PC peut suffire, mais une glacière qui se branche sur secteur ça s'appelle un frigo^^)

On a jamis parlé de budget, on fait avec de la récup en théorie, après çà me dérange pas plus que çà de mettre 20€ dans une cellule du moment que je suis sur que je vais en avoir besoin.

Quand je parle de concevoir l'enceinte une fois qu'on a le module c'est justement pour qu'on puisse la faire comme on veux en fonction de la puissance du module. Après je me rend pas bien compte des problèmes d'isolation qui pourrait en découler mais pour moi faire avec les moyens du bord c'est vraiment dans l'esprit du TIPE, je pense qu'il faut faire autant de choses que possible soit-même quitte à perdre en performance. Ce qui m'inquiétait le plus c'est que j'avais des doutes sur la possibilité de fabriquer une cellule qui soit suffisamment efficace pour qu'on puisse mesurer des différences de température de l'ordre de quelques degrés.

Pour l'alim je sais pas se qu'on va utiliser, le secteur çà me paraît excessif mais il doit bien y avoir des gros générateurs au labo, au pire les alim +15/-15 en continu qu'on utilise en électronique doivent faire l'affaire.

pour mesurer ça parait pas trop compliqué, car le rendement rentre pas trop en ligne de compte à part au niveau de la pricision (et avec la précision micrométrique que tu peux avoir avec un thermometre seebeck, c'est pas trop grave) (tout se corrige avec un bon conditionneur). en revanche, un rendement pourri sur un effecteur, ben ca fait un mauvais rendement quoi...

un thermocouple relativement linéaire c'est le thermometre type K dedans apparamment y'a du chromel et de l'alumel (en vrai c'est des alliages chrome ou alu avec du nickel dedans, mais ça doit pouvoir marcher sans, le nickel est là pour éviter l'oxydation si je me rappelle bien mes cours de SI d'y'a 5 ans)

Ok, pour ce qui est de l'oxydation ya pas de gros risques.

Je vais surement essayer cuivre-fer, tout simplement.

Bonjour ,

Je viens apres plus de 10 ans espérant quand même avoir une reponse de votre pars en croisant les doigts .

Je voudrais savoir est ce que t'as présenté ce sujet à ton TIPE et comment çà s'est passée car j'ai l'intention à aborder le même sujet pour le thème de cette année.