Module peltier : comment fonctionne un générateur thermoélectrique

Sommaire

• Comment fonctionne un générateur thermoélectrique
• Choisir son module Peltier
• Du TEG au 230 V

Saviez-vous qu’un simple module peut transformer la chaleur perdue en électricité utilisable ? Un générateur thermoélectrique Peltier convertit directement l’énergie thermique en courant électrique grâce à l’effet Seebeck : il suffit d’une différence de température entre ses deux faces pour créer une tension continue. Notre guide vous explique en détail le fonctionnement des semi-conducteurs, comment optimiser la puissance générée, et comment concevoir un circuit autonome pour récupérer la chaleur des radiateurs, poêles ou installations nomades.

Comment fonctionne un générateur thermoélectrique

Un module thermoélectrique Peltier contient des dizaines de paires de semi-conducteurs (type n et p) reliés en série entre deux plaques en céramique. Lorsqu’une source de chaleur réchauffe un côté tandis qu’un dissipateur refroidit l’autre, la différence de température génère un flux d’électrons produisant une tension utilisable. Ce composant polyvalent fonctionne soit comme générateur Peltier (effet Seebeck), soit comme système de refroidissement (effet Peltier), sans aucune pièce mécanique ni entretien.

De la chaleur à l’électricité

L’effet Seebeck permet de convertir directement une différence de température en énergie électrique : plus l’écart thermique (ΔT) est important, plus la tension et la puissance augmentent. Un module Peltier générateur standard produit environ 0,05 volt par degré Celsius de différence, ce qui facilite l’estimation de la production d’énergie et du rendement global. Cette relation quasi linéaire simplifie les calculs de performance lorsqu’on connaît la température de la source chaude et l’efficacité du refroidissement Peltier.

• Jonctions semi-conductrices : des centaines de couples n-p amplifient la tension tout en offrant une faible résistance thermique.
• Matériaux performants : le bismuth-tellurure, avec un coefficient Seebeck de 200-250 µV/K, est idéal pour convertir la chaleur en électricité en dessous de 150°C.
• Fiabilité sans entretien : absence de pièces mobiles, fonctionnement silencieux et longue durée de vie même avec des variations thermiques répétées.
• Double fonctionnalité : un même module peut fournir du refroidissement quand il est alimenté, ou produire de l’énergie quand il est soumis à une différence de température.

Un module thermoélectrique Peltier TEC1-12706 génère par exemple 1,8V avec un ΔT de 40°C, et jusqu’à 4,8V à 100°C. Le courant de court-circuit varie quant à lui de 225 mA à 669 mA dans les mêmes conditions, avec une résistance interne entre 1Ω et 3Ω. Ces caractéristiques déterminent la puissance maximale récupérable et guident le choix du convertisseur approprié.

Impact du ΔT et du zT

Le facteur de mérite zT (S²·σ·T/κ) mesure l’efficacité d’un générateur thermoélectrique : un zT proche de 1 permet de convertir 5 à 8% de la chaleur en électricité. Les matériaux récents comme les skutterudites atteignent zT = 1,2 entre 300 et 600°C, offrant de meilleures performances que les modules Peltier classiques. Cependant, maintenir une importante différence de température reste crucial : si la face froide chauffe, la puissance chute immédiatement.

Un bon dissipateur côté chaud combiné à un refroidissement actif côté froid permet d’obtenir un ΔT de 150-180K même avec une source modeste, améliorant le rendement plus efficacement que l’ajout d’un second module. Cette approche réduit aussi les coûts, car un échangeur thermique performant booste la tension et la puissance sans multiplier les composants.

Rôle du dissipateur et du refroidissement

Un radiateur avec une résistance thermique inférieure à 0,5°C/W garantit que la chaleur traverse bien la plaque Peltier au lieu de stagner. L’application d’une pâte thermique fine sur chaque interface réduit les pertes, gagne 10 à 20°C de ΔT utile et augmente la tension en sortie. Cette simple optimisation améliore instantanément le rendement du générateur thermoélectrique Peltier.

Le refroidissement Peltier côté froid peut utiliser un simple ventilateur 12V de 2W, maintenant une température d’environ 30°C même avec un ΔT approchant 200K. Isoler cette face froide avec un matériau comme l’aérogel ou le polystyrène extrudé réduit les pertes et augmente le COP de 20 à 40%. Cette solution thermique est particulièrement adaptée aux installations fixes produisant de l’énergie en continu.

Une surveillance en temps réel avec une thermistance NTC protège contre les surchauffes au-delà de 180°C, ce qui endommagerait les soudures internes du TEG. Un système de coupure automatique préserve votre module thermoélectrique Peltier TEC1-12706, garantissant sa durabilité et une production stable d’électricité pendant des années.

Choisir son module Peltier

Pour sélectionner le bon module Peltier, il faut d’abord analyser deux éléments clés : la température maximale de votre source de chaleur et la différence de température (ΔT) que peut offrir votre système de refroidissement. Ensuite, vérifiez la tension et le courant nécessaires pour votre application afin d’optimiser la production d’énergie. Par exemple, un Peltier TEG conçu pour 150 °C côté chaud et 25 °C côté froid génère typiquement 2 à 3 W d’électricité, parfait pour alimenter des capteurs IoT ou recharger doucement une batterie externe.

Puissance réelle vs transférée

Attention à ne pas confondre : la mention module Peltier 500W désigne la capacité de transfert thermique en mode réfrigération, et non la puissance électrique en mode générateur d’énergie. Un module standard comme le TEC1-12706 peut déplacer environ 70 W de chaleur quand il est alimenté, mais ne produira que 1 à 3 W d’électricité avec un ΔT de 80 °C. Pour obtenir des puissances plus importantes, il faut soit assembler plusieurs modules en série, soit choisir des modèles haute température avec un meilleur coefficient zT pour améliorer l’efficacité.

Les spécifications techniques indiquent généralement la tension à vide (V_oc) et le courant de court-circuit (I_sc) pour différents ΔT. Ces données permettent de calculer la puissance maximale théorique via la formule P_max ≈ V_oc² / (4·R_int). Par exemple, un module SP1848-27145 (40x40mm) produit 3,6 V et 558 mA sous un ΔT de 80 °C, avec une résistance interne d’environ 3 Ω – soit environ 0,5 W de puissance disponible. Multipliez ces valeurs par le nombre de modules connectés pour estimer la production d’énergie thermoélectrique réelle dans votre installation.

Le choix des matériaux est crucial selon la plage de température : le Bi₂Te₃ fonctionne bien pour des radiateurs domestiques (60-150 °C), tandis que le PbTe ou les skutterudites conviennent mieux aux températures plus élevées (300-600 °C). Pour les très hautes températures (au-delà de 800 °C), le SiGe reste la solution idéale. Une mauvaise adaptation réduit considérablement les performances.

Série, parallèle ou convertisseur

Pour un générateur thermoélectrique pour poêle, connecter 5 à 7 modules en série permet d’obtenir environ 12 V – pratique pour alimenter directement un ventilateur ou un chargeur USB. Chaque module doit être monté sur un dissipateur identique avec une pression uniforme pour éviter les déséquilibres thermiques. Utilisez des fixations à ressort pour compenser les dilatations thermiques et maintenir un bon contact.

Un convertisseur DC-DC boost avec fonction MPPT peut optimiser la production malgré les variations de ΔT. Ce type de circuit peut transformer les 3 à 5 V d’un seul TEG en une tension stable de 12 V, évitant ainsi d’assembler de multiples modules. Ajoutez un supercondensateur pour stabiliser la tension et protéger les composants électroniques sensibles.

Cas d’un poêle ou radiateur

Installé sous un poêle à bois, un générateur d’énergie thermoélectrique peut exploiter un ΔT de 150-200 °C (surface à 220 °C avec un dissipateur à 30 °C). Quatre modules en série produiront 8-10 V, suffisant pour alimenter un ventilateur qui améliore le refroidissement et augmente ainsi l’efficacité du système de 15 à 25 %.

Sur un radiateur classique (70-80 °C), le ΔT reste modeste (environ 50 °C), limitant la puissance à 0,5-1 W par module. Cela suffit pour recharger lentement une batterie 12 V alimentant des LEDs ou des capteurs connectés. Ces systèmes peuvent être combinés avec d’autres solutions énergétiques pour créer des installations hybrides autonomes.

Du TEG au 230 V

Pour obtenir du 230 V alternatif à partir de la faible tension d’un générateur thermoélectrique, plusieurs conversions sont nécessaires : mise en série des modules thermoélectriques ou utilisation d’un convertisseur MPPT, stockage temporaire dans une batterie, puis transformation via un onduleur pur sinus. Chaque étape engendre des pertes d’énergie, ce qui réduit considérablement l’efficacité globale (souvent entre 3 et 5 %). Cette limitation affecte directement la puissance disponible et augmente le coût de la production d’énergie.

Dans ce contexte, il est préférable de réserver cette chaîne de conversion à des usages modestes comme l’éclairage d’urgence ou la recharge d’appareils portables via USB-C. Cette approche permet de maintenir une production d’énergie thermoélectrique viable tout en évitant des investissements disproportionnés pour des besoins plus importants.

Limites et dimensionnement réalistes

Créer un véritable générateur électrique 220 V de quelques centaines de watts nécessiterait des dizaines de modules thermoélectriques, rendant la solution bien plus coûteuse que des alternatives solaires ou éoliennes. Avec une différence de température (ΔT) domestique typique (60-80°C côté radiateur et 20-25°C en ambiance), chaque module produit seulement 0,5-3 W – il en faudrait donc près de 100 pour atteindre 100 W électriques.

Le faible rendement (3-5 %) implique également qu’il faut évacuer 2-3 kW de chaleur pour obtenir 100 W utiles, nécessitant une gestion thermique complexe avec dissipateur massif, ventilation forcée ou refroidissement liquide. Ces contraintes techniques et financières rendent peu attractif l’installation d’un tel générateur d’énergie pour un usage résidentiel standard.

• Puissance limitée par module : même avec un ΔT de 150 K, un module de 40×40 mm ne dépasse pas 2-3 W.
• Faible efficacité : un rendement de 3-5% exige une source de chaleur de plusieurs kilowatts pour une centaine de watts électriques.
• Coût de l’électronique : un onduleur pur sinus de 1000 W représente un investissement fixe de 150-300 €, indépendamment du nombre de modules.
• Gestion thermique complexe : le refroidissement actif implique des consommations auxiliaires et des pertes supplémentaires.

Nous conseillons donc à nos clients de privilégier des systèmes en 5 V ou 12 V où le générateur d’énergie thermoélectrique alimente directement des LED, capteurs ou batteries portables via USB-C. Cette simplification du circuit électrique améliore l’efficacité, réduit les coûts et rend la production d’énergie thermoélectrique plus accessible pour des applications durables.

Architecture secours domestique

Un générateur de secours pour maison utilisant des TEG installés sur un poêle ou une chaudière peut être couplé à une batterie LiFePO₄ 200 Ah 12 V et un onduleur 600 W pour alimenter les équipements essentiels : box internet, éclairage LED, chargeurs de téléphone. Combiné à des panneaux solaires SunPower 200 W, ce système hybride permet de stocker 2-3 kWh, assurant une autonomie même la nuit ou par mauvais temps.

L’électronique embarquée surveille en permanence la température, la tension des modules et l’état de charge, contrôlant l’onduleur et activant la ventilation pour optimiser le refroidissement. Un écran LCD fournit des informations en temps réel sur la puissance, la charge et l’énergie disponible, tandis que notre gamme Aqiila 2025 inclut un chargeur USB-C universel compatible avec tous nos appareils nomades.

Optimiser le refroidissement

Améliorer l’évacuation de la chaleur du côté froid permet d’augmenter le ΔT plus efficacement qu’en ajoutant des modules supplémentaires : remplacer un dissipateur passif par un radiateur ventilé peut gagner 15 K de différence de température, équivalent à l’ajout de deux ou trois TEG. Un système de refroidissement liquide maintient une température stable autour de 20°C, générant un surplus d’énergie pour seulement 5 W consommés par la pompe.

L’isolation thermique du côté froid avec de l’aluminium multicouche ou de l’aérogel réduit les pertes par convection et rayonnement, améliorant l’efficacité de 30 % lorsque la source de chaleur est radiative. Installer le générateur thermoélectrique verticalement favorise également la convection naturelle, diminuant le besoin en ventilation active.