Modélisation des thermoéléments à effet Peltier. Application à l'analyse thermique d'un instrument pour expérimentations en conditions spatiales

par Didier Zély

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Françoise Monchoux.

Soutenue en 1992

à Toulouse 3 .

mots clés

• Transfert de chaleur -- Modèles mathématiques
• Biologie spatiale -- Appareils et matériel
• Semiconducteurs -- Propriétés thermodynamiques
• Thermoélectricité

Résumé

Ce travail, realise en collaboration avec la comat s. A. (contrat cifre), a pour objet l'etude thermique d'une experience scientifique embarquee a bord de vols spatiaux habites. L'experience ibis (instrument de biologie spatial) destinee a observer l'effet de l'apesanteur sur des reactions biologiques, est divisee en trois zones thermostatees (refrigerateur, zone de transfert, incubateur) plus une zone d'echange convectif force. L'etude de ce systeme a ete abordee par deux approches complementaires: la modelisation et l'experimentation. Les contraintes imposees par les specifications de vol et de l'experience (niveaux de temperature compris entre 4 et 37 degres celsius, puissance electrique disponible limitee, encombrement restreint, etc. ) nous ont conduit a choisir pour source d'energie thermique des thermoelements a effet peltier (tep). Ainsi, une analyse theorique des phenomenes thermoelectriques, par la thermodynamique des processus irreversibles, a permis de modeliser ces thermoelements. L'integration de ce modele dans le logiciel a structure modulaire trnsys (transient system simulation) a donne la possibilite de stimuler le fonctionnement de tep a plusieurs etages et de verifier l'importance des differents parametres tels que les coefficients d'effet peltier, d'effet seebeck, d'effet thomson, ainsi que celle des conductivites thermique et electrique. Le couplage du module tep avec un premier modele de ibis defini sans source d'energie a donne naissance au modele complet. Certains parametres ou phenomenes (resistance de contact des differents montages tep, efficacite des echanges convectifs forces, poids des transferts thermiques de differente nature (radiatif, conductif, convectif, etc. ) sont definis avec des incertitudes importantes. La modelisation permet de definir leur sensibilite. Quant a l'experimentation, les essais realises sur le modele de qualification donnent la possibilite, en intervenant sur ces parametres, de caler le modele

Titre traduit

Modelling of thermoelectrics modules. Application to analysis of space scientific experiment

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