Le refroidissement thermoélectrique prend de la hauteur
Un refroidisseur thermoélectrique bien conçu conduit de la chaleur d'une surface froide vers une surface chaude, pour maintenir un dispositif électronique à des températures auxquelles il peut fonctionner en sécurité. Au cours des dernières années, le contrôle par modulation de largeur d'impulsions (MLI) de la tension d'alimentation a été utilisé pour améliorer les performances de ces systèmes. Dans le cadre du projet THERMICOOL (Thermoelectric cooling using innovative multistage active control modules), financé par l'UE, des chercheurs avaient pour objectif d'augmenter la maturité de la technologie pour les applications aéronautiques. Leur objectif était d'atteindre un niveau de maturité technologique (NMT) de 5 pour la gestion thermique. En premier lieu, ils ont étudié les matériaux et les concepts de refroidissement ainsi que les systèmes disponibles dans le commerce. L'utilisation de tellurure d'antimoine et de bismuth (BiSbTe) était la plus appropriée pour augmenter les performances de refroidissement thermoélectrique, en maintenant la température du côté froid entre 90 et 95°C et celle du côté chaud jusqu'à 160°C. L'équipe du projet THERMICOOL a ensuite développé un modèle de calcul pour un module à base de BiSbTe qui a été analysé dans différents scénarios de flux thermiques. L'équipement électronique aux dimensions similaires aux systèmes commerciaux était composé d'un bloc d'alimentation et de circuits électroniques pour la surveillance et le contrôle. Enfin, les chercheurs ont conduit une série complète de tests d'évaluation en laboratoire. La configuration expérimentale était composée d'une armoire thermique, d'un système de chauffage à air, d'alimentations électriques, de détecteurs collectant des mesures des flux de chaleur et des températures et un panneau de contrôle pour surveiller le dispositif opérationnel. La configuration expérimentale comportait également un contrôle actif de modulation de largeur d'impulsions. En particulier, un convertisseur DC-DC générait des impulsions de courant suivant des motifs appropriés pour alimenter le module de refroidissement thermoélectrique. Différents schémas de commutation d'alimentation électrique ont été mis en œuvre dans ce but. Les expériences du projet THERMICOOL ont montré que les boucles de contrôle sont essentielles pour assurer une gestion thermique multi-étapes sous conditions aéronautiques difficiles. De plus, le refroidissement thermoélectrique doit être actif même sous conditions de température modérées. Sinon, le refroidissement sera limité en cas d'augmentation rapide de la température. Même si les résultats expérimentaux étaient généralement en accord avec les prévisions de simulations, des différences notables ont également été observées. Ces variations ont été justifiées par la nature expérimentale du projet et, par conséquent, certaines fonctionnalités du système n'ont pas été reproduites par le biais de simulations. Les premières étapes importantes vers un refroidissement thermoélectrique multi-étapes ont été franchies, ouvrant la voie à des recherches et des développements supplémentaires pour répondre aux besoins de l'industrie aéronautique.
Mots‑clés
Refroidissement thermoélectrique, modulation de largeur d'impulsions, THERMICOOL, niveau de maturité technologique, industrie aéronautique
