TEC

Un refroidisseur thermoélectrique est un dispositif à semi-conducteurs qui déplace la chaleur d'une surface à l'autre lorsqu'un courant continu le traverse. Contrairement aux refroidisseurs à compresseur, il n'a pas de pièces mobiles, pas de réfrigérant et pas de vibrations. La physique à l'œuvre est l'effet Peltier: lorsqu'un courant traverse une jonction de deux matériaux semi-conducteurs différents, la chaleur est absorbée à une jonction et rejetée à l'autre. Inversez la polarité, et les côtés chaud et froid s'inversent.

Un module TEC typique contient des dizaines de couples de semi-conducteurs en tellurure de bismuth (Bi2Te3) disposés en grille entre deux plaques de céramique. Les couples sont câblés électriquement en série et thermiquement en parallèle. Le courant varie généralement de quelques ampères à 20 ampères; la tension de 5 à 15 volts. Un module de 40 millimètres carrés peut pomper 50 à 100 watts de chaleur du côté froid tout en dissipant plusieurs fois cette quantité du côté chaud, selon la différence de température qu'il doit maintenir.

Les TEC excellent là où le silence, la compacité et un contrôle précis de la température sont importants. Ils maintiennent des températures stables dans les instruments d'analyse de précision, stabilisent les diodes laser, refroidissent les détecteurs infrarouges et régulent les chambres d'essai de semi-conducteurs. Dans les glacières portables et les caves à vin, ils éliminent l'encombrement d'un compresseur. Cependant, ils sont inefficaces: leur coefficient de performance chute fortement à mesure que la différence de température augmente. Refroidir à 20 degrés Celsius en dessous de la température ambiante est pratique; 40 degrés devient un gaspillage. La réfrigération industrielle à grande échelle exige des systèmes à compresseur.

Le rejet de chaleur est la moitié négligée de l'équation. Un côté froid à 0 degré Celsius n'accomplit rien si le côté chaud n'a nulle part où évacuer 300 watts. Un dissipateur thermique efficace, souvent avec des ventilateurs et de la pâte thermique, est obligatoire. Sans cela, la différence de température s'effondre et le refroidissement s'arrête. La condensation sur le côté froid est un autre danger: l'eau corrode les contacts et les jonctions de semi-conducteurs. Des barrières anti-humidité et des espaces d'air sont souvent nécessaires.

Le terme couvre une vaste famille. Les modules à un étage conviennent aux petites différences de température. Les modules en cascade (empilés) peuvent atteindre des froids plus profonds, mais l'efficacité chute encore plus. Les TEC à couches minces, développés sur des substrats par pulvérisation, émergent dans des applications de niche comme le refroidissement sur puce, bien qu'ils restent coûteux. La fiabilité des modules standard est élevée lorsqu'ils sont utilisés dans les limites de leurs spécifications, bien que les joints de soudure puissent défaillir sous l'effet des cycles thermiques si le module est chauffé et refroidi à plusieurs reprises.