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Conversion directe d’énergie thermique en mouvement
C. Verié
To cite this version:
166
CONVERSION DIRECTE
D’ÉNERGIE
THERMIQUE
EN MOUVEMENTPar C.
VERIÉ,
Laboratoire de
Magnétisme
et dePhysique
du Solide C. N. R. S. Bellevue(Seine
etOise).
Résumé. 2014 On propose une méthode de conversion directe
d’énergie thermique
enénergie
mécanique
au moyen de thermoéléments.A titre
d’illustration,
on décrit undispositif
dont la réalisation est trèssimple.
Lespremiers
résultatsexpérimentaux
montrent que la solutionadoptée
estparticulièrement avantageuse
lorsque
lesénergies
mises enjeu
sont faibles. Abstract. 2014 A method isproposed
fordirectly converting
thermalenergy
into mechanical energyby
means of thermoelements.As an
example,
asimple
device is described. The firstexperimental
results show that thistechnique
has manyadvantages
in the case of lowenergies.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUMPHYSIQUE
APPLIQUÉE
SUPPLÉMENT AU No 12 TOME
23,
DÉCEMBRE1962,
PAGE1.
Effet
thermoélectrique
-Thermopiles.
-Il
est
bien
connuque l’effet
thermoélectrique
peut
être
utilisé dans des
générateurs d’énergie électrique
dont la
sourced’énergie
estla chaleur. Le
principe
repose
surl’expérience
suivante
( fig.1) :
. FiG. 1.
Deux
barreaux,
ensemi-conducteurs,
de
type n
etp,
ontdeux faces reliées
électriquement
etther-miquement
aumoyen d’une
plaquettè
encuivre,
portée
à
unetempérature Tl.
Les deux
autresfaces
sont
soudées
à deux
connexions
de cuivre
main-tenues
à
unetempérature
T 2.
Pour
T1 > T 2,
un courantélectrique i
circule
dans
le circuit
lorsque
l’on réunit les deux faces libres par
unerésistance
? IG. 2.
de
charge.
Une intensité de l’ordre de
plusieurs
ampères
estobtenue ainsi
couramment.Ces
jonc-tions
peuvent
êtreassociées
ensérie
(fig.
2).
On
obtient
ainsi
unethermopile,
dont la force
électro-motrice
est engénéral
faible
(50
à100 mV par
jonction
pourle
tellurure de
bismuth).
Sa
résis-tanceinterne doit donc être la
plus
faible
possible.
La
conversion de
cetteénergie électrique
enéner-gie mécanique
pose des
problèmes particuliers
d’adaptation :
il
estnécessaire,
soit
d’utiliser des
moteurs
électriques
à,très
faible
résistance
interne,
c’est-à-dire à
contactsliquides
[1],
soit d’élever la
tension
enaugmentant
assezconsidérablement
le
nombre
de
jonctions
dans la
thermopile.
2.
Principe
du
moteur
thermoélectrique
«com-pact
». -La
conversion de la chaleur
en
énergie
mécanique
peut
sefaire
plus
directement
ausein
d’un
dispositif
unique.
Il suffit de fixer
surle
rotorles éléments
thermoélectriques
etde court-circuiter
les
contactsmobiles.
Il
enrésulte
plusieurs
avan-tages :
- un moteur
réalisé suivant
ceprincipe
estévidemment
plus
«compact »
que la
combinaison
thermopile
+
moteurélectrique ;
- comme
le
montrele
dispositif
décrit
plus
loin
il
esttoujours
possible
de faire
en sorteque les
contactsmobiles
tiennent lieu de
jonctions
entredes éléments n
et p,d’où ,une économie de
résis-tances
parasites ;
- les
échanges
thermiques
sontfacilités par le
mouvementdes
thermoéléments ;
- il
estpossible
d’exploiter
l’amélioration du
facteur de mérite
de
certains
matériaux
dans
unchamp magnétique
transversal
[2] ;
le
champ
ma-gnétique
du
statorpeut
être
utilisé
à
cettefin.
3.
Dispositif expérimental.
--A titre
d’illustra-tion,
undispositif simple
aété réalisé
(fig. 3).
Les
thermoéléments
sontdeux
disques
entellurure
167
de
bismuth,
de
type n
et p,de rayon
20,
mm,d’épaisseur
2,5
mm.FIG. 3.
Ils
sontsoumis
à
ungradient
de
température
radial :
leur
axe(a)
estchauffé
par unpetit
brû-leur à gaz
(b),
leur
périphérie
étantla
partie
froide.
En
circuit
ouvertapparait
uneforce électromotrice
de 80
mV
pour
unedifférence de
température
de
250 °C. Les deux
contactsà
mercure(c)
et(d),
court-circuités
parle châssis
(e)
forment le circuit
électrique.
L’intensité du
courant i
qui
ycircule
audémarrage
estde l’ordre de 3
ampères.
Les
lignes
de
courantradiales dans les
disques
coupent
les
lignes
de force des
champs
magnétiques
(4
000
oersteds) régnant
dans les
entrefers
des
pièces
polaires
(N, S),
reliées
auxaimants
perma-nents
( f )
et(g).
Aux
premiers
essais,
la vitesse de rotation de
500
tours/minute
aété atteinte aisément
avec undébit de gaz de
quelques cm3/s..
Une
autreconfiguration possible
estschématisée
par la
figure 4,
où ne sontreprésentés
que l’axe de
rotation
(A)
et uncouple
de thermoéléments
(TT)
de
longueur
L.Plusieurs
couples
peuvent
être
placés
surdeux
cylindres
concentriques
de
dia-mètre moyen 2d
autourde l’axe A.
1 eschamps
rxiagnétiques
doivent alors être radiaux.
FIG. 4.
4.
Calcul des
caractéristiques.
-Il
est trèssimple
de calculer
les.
caractéristiques
d’un tel
dispositif.
Dans le
casde la
figure 4,
le
couple
mo-teurC
etla
vitesse de rotation
m(tours/seconde)
sont
donnés,
enfonction de
l’intensité i,
par :
«
désignant
le
pouvoir
thermoélectrique
total du
couple, AT
la différence
T2
-Tl, et
ER la
résis-tance
du circuit
électrique.
La
figure
5,
illustrant
cesformules,
montreque
pour
obtenir
la
puissance maximum,
l’intensité doit
être
égale
àocA-T/2
ER. Ceci
peut
être
obtenu
enchoisissant
unchamp
magnétique
convenable,
compte
tenude la valeur
du
couple
résistant.
Ainsi,
si le
couple
résistant à la valeur
Cr
porté
sur cetabaque,
le
champ
optimum
estégal
àH2 et
on endéduit la vitesse de rotation par la construction
enpointillé.
’On doit évidemment minimiser les résistances
parasites.
En
supposant
la résistance totale du
cir-cuit réduite à
celle, Ro,
des
thermoéléments,
les
caractéristiques
correspondant
àla
puissance
maxi-mum sont :
Pour
la
configuration
de la
figure 3,
il suffit de
remplacer
le
couple
moteurpar
l’expression
va-lable pour
unedouble
rouedue
Barlow :
r étant
le rayon du
disque.
FiG. 5.
Conclusions.
- Ledispositif
qui
a étéréalisé
thermo-168
éléments.
Nous
en avonsindiqué
les
avantages
par
rapport
à la
combinaison :
thermopile
+
moteurindépendant.
La
configuration
de la
figure
4 doit
permettre
d’obtenir
des
puissances
mécaniques
de
l’ordre de
quelques
dizaines de
watts.Remerciements.
-Nous
remercions
M.
Gondet
poué
sesconseils
et sacollaboration à
la
réalisation
du
dispositif,
ainsi que Mme H. Rodot pour la
pré-paration
des
thermoéléments.
BIBLIOGRAPHIE
[1]
POULAIN(J.),
Bull. Soc. Fr.Elect.,
1961, 8esérie, II,
23,
pp. 656-664.[2]
WOLFE(R.)
et SMITH(G. E.),
Bull. Amer.Phys.
Soc.1962, 7,
n° 3, p. 173.REVUE DES LIVRES SIVOLBOOv
(N.),Contribution
à la détermination des limitesd’inflammabilité des
hydrocarbures, (1
fascicule broché 18 X27,
63 p., Publicationsscientifiques
ettechniques
du ministère de
l’air, Paris.)
Étude
de la limite d’inflammabilité de certainshydro-carbures
qui
s’exprime
couramment en indiced’oc-tane. L’auteur étudie les résultats de diverses
expérien-ces exécutées
précédemment
et les compare enles
ex-primant
dans les mêmes unités. L’étude est consacrée àl’examen de
quatre
isomères del’hexane,
ducyclohexane
etl’heptpne.
Lesexpériences
sont réalisées à lapression
atmosphérique
pour destempératures
allant de 100 à350 C.
L’appareil
utilisé est décrit en détail les résultats sontexposés
etanalysés. Importante bibliographie.
O. FRID MANS.
GUGGER, HEERING, MULLER, PRAHL, SCHILDT,
VOLKlB’TANNet WEBER, Prévention et sécurité dans l’industrie chimi-que,
(Traduit
par A.Zundel).
(1
vol.,
410p., 16
x 24 cm,Eyrolles, Paris,
1959,
34F.)
Ce
livre,
traduit
del’allemand,
relate et étudieplusieurs
centaines d’accidents arrivés dans diverses usines afin d’en connaître les causes et depermettre
d’enprévenir
les effets. Cet ouvragepratique
s’adresse auxindustriels,
techni-ciens et ouvriers des usineschimiques
etparachimiques
etintéressera tous ceux
qui
utilisentjournellement
des sub-stances txiques,
inflammables oucaustiques.
Les auteurs attirent
particulièrement
l’attention sur letransport
desproduits chimiques qui provoque,45 %
desaccidents,
les maladiesprofessionnelles,
leurs causes etleur
prévention.
Trois annexes
accompagnent
ce manuel : 10L’organisa-tion des services de sécurité allemands. - 2
Liste des maladies
professionnelles.
- 3- Lescaractéristiques
des gaz et vapeurs inflammables.O. FRIDMANS. LOMBARD
(R.),
Chimiepropédeutique,
(1
vol., 16
X 25 cm,395 p., 85
fig., Gauthier-Villars,
Paris, 1959, 35
NF.)
Ce livre s’adresse aux étudiants du P. C.
B.,
S. P. C. N., ,M. P.
C.,
à ceuxqui
sepréparent
aux concours d’entrée desgrandes
écoles et aussi à tous ceuxqui
désrent connaître les bases de la Chimie. Les notions fondamentales sont clairement définies.L’ouvrage
réunit la Chimiegénérale,
la Chimie minérale et la Chimiebiologique. ,
O.
FRIDMANS. GRONLUND(F.), Étude
du processus degermination
dansla réaction de
l’oxygèue
sur le cuivre auxtempératures
élevées,
Publicationsscientifiques
ettechniques
du minis-tère del’air, Paris,1960,
7,50
NF.L’auteur étudie le
phénomène
degermination
dans le casde
l’oxydation
de Cu tout endégageant
l’influence des différents facteurs :température,
pression,
orientationcristalline.
Ilest
parvenu à des résultatsquantitatifs
d’unegrande
précision.
Cette étude est divisée en six
chapitres.
1.Préparation
des
échantillons,
leur forme et leurpolissage qui
estl’étape
laplus
importante.
2.Appareillage
utilisé ettechniques
d’oxydation.
3. Méthodesd’analyses.
4.
Pro-cessus
d’oxydation
et examensqui
ontpermis
de suivre lephénomène.
5. Influence des variables sur le processus degermination.
Le 6e
chapitre
essaie dedégager
de l’ensemble desrésul-tats des conclusions d’un caractère
plus général.
Biblio-graphie.
0. FRIDMANS.
FRANÇON
(J.),
Relation entre la structurechimique
et la réactivité des combustibles pour fusées à l’acideazo-tique.
Constantesphysiques
descombustibles,
(Note
technique
u 89. Publicationsscientifiques
ettechniques
du ministère de
l’air, Paris,
1960, 6,15
NF.)
L’auteur a mis au
point
une méthodesimple
d’apprécia-tion de vitesses relatives de combusd’apprécia-tion. Il décritl’appa-reillage
employé,
fournit les donnéescaractéristiques
dechaque analyse
en fonction du carburant utilisé.Ailleurs,
il expose les méthodes de détermination de certaines cons-tantesphysiques
des combustibles.Des tableaux détaillés
permettent
de trouverrapidement
les donnéesphysiques
etchimiques
dechaque
réaction enfonction du carburant.
Bibliographie.
O. FRIDMANS.
BRANDENBERGER
(E.)
et EPPRECHT(W.),
Lesanalyses
radiographiques
enchimie, (1
vol. 16 x 25 cm, 272 p.,Birkhauser, Bâle,
1960.)
Ce livre est une seconde édition allemande
complétée.
Les auteurs montrent lesgrandes
possibilités
que mettentà notre
disposition
les méthodesradiographiques
dans la recherche etl’analyse chimiques,
notamment dans le domaine de la recherchecristallographique.
Ils mettent enévidence les services que
