Module thermoélectrique Peltier TEC1-12706 12V

Le module thermoélectrique TEC1-12706 est une pompe à chaleur sans pièce mobile : une plaquette de céramique de 40 × 40 mm qui produit du froid d’un côté et du chaud de l’autre dès qu’on la traverse d’un courant continu. 127 couples de semi-conducteurs, deux fils, aucun gaz réfrigérant, aucun compresseur — et un fonctionnement qui s’inverse en croisant les deux fils.

C’est le module Peltier le plus répandu du marché, et celui que nous livrons : sérigraphié TEC1-12706, alimenté en 12 V continu, capable de prélever une cinquantaine de watts de chaleur sur une face. On le retrouve dans les glacières portables, les petits réfrigérateurs de bureau, le refroidissement des capteurs de caméra en astrophotographie et les projets de thermodynamique. Il se pilote depuis n’importe quelle carte : un contact de relais pour la marche et l’arrêt, une commande à découpage pour moduler la puissance.

Comment fonctionne un module Peltier

Un courant continu qui traverse la plaquette transporte la chaleur d’une face vers l’autre : l’électricité déplace littéralement les calories. Trois conséquences pratiques décident de la façon de monter le module.

• Le sens du courant décide de la face froide. Le fil rouge sur le pôle positif, la chaleur part dans un sens ; croisez les deux fils et les faces s’inversent. Le même module refroidit ou chauffe, sans rien changer d’autre.
• Il chauffe plus qu’il ne refroidit. L’énergie électrique qu’il consomme finit elle aussi en chaleur sur la face chaude : sous 12 V et 6 A, une centaine de watts s’y accumulent pour quelques dizaines de watts de froid. C’est le dissipateur, et non la plaquette, qui fixe la température atteinte.
• Il fonctionne aussi en générateur. Une différence de température entre les deux faces produit une tension, par effet Seebeck : c’est le même composant, lu dans l’autre sens.

Caractéristiques techniques

L’écart de 65 °C est une valeur de laboratoire, mesurée avec une face chaude maintenue à 25 °C. En service réel la face chaude chauffe toujours, et l’écart utile tombe à quarante ou cinquante degrés : c’est la qualité du refroidissement de la face chaude qui décide de ce que le module peut atteindre.

Ce que ce module ne fera pas

Un Peltier n’est pas un compresseur. Ce modèle déplace quelques dizaines de watts : il refroidit une petite enceinte bien isolée, un composant, une petite quantité de liquide ou un capteur de caméra, mais il ne transformera pas une caisse en congélateur. Son rendement est inférieur à 1 — il consomme plus d’électricité qu’il ne retire de chaleur, et la face chaude rejette la chaleur prélevée en plus de celle de l’alimentation. D’où les deux règles d’un montage qui fonctionne : un volume à refroidir petit et isolé, et de l’air libre autour du dissipateur pour évacuer la chaleur. Pour une chambre froide ou une glacière de plusieurs dizaines de litres, seul un compresseur convient.

Applications courantes

• Petite enceinte réfrigérée — glacière de bureau, boîte à échantillons, cave miniature, à condition d’isoler les parois.
• Refroidissement d’un capteur de caméra — abaisser la température du capteur réduit le bruit thermique des poses longues.
• Maintien en température — fermenteur, bain, boîtier d’instruments dont la température doit rester stable et au-dessus de l’ambiance.
• Refroidissement ciblé d’un composant — puce de puissance, diode laser, petit processeur.
• Régulation — le thermostat décrit ci-dessous, avec un capteur de température et un relais.
• Récupération d’énergie — produire quelques volts à partir d’une source chaude et d’un dissipateur froid.

Mini-projet : thermostat de refroidissement à LM35 et relais

La plaquette réclame jusqu’à 6 A sous 12 V, qu’aucune sortie de microcontrôleur ne peut fournir. Le montage passe donc par un module relais commandé par la carte, qui ouvre et ferme le circuit de puissance. Le programme mesure la température avec un LM35 et maintient le compartiment entre deux seuils : il refroidit jusqu’à 7 °C, s’arrête, puis reprend à 10 °C. Cet écart entre la marche et l’arrêt — l’hystérésis — évite le claquement permanent du relais autour d’une valeur unique.

Ce qu’il faut

Le câblage

Deux circuits distincts, et c’est volontaire : la commande en 5 V d’un côté, la puissance en 12 V de l’autre. Le contact du relais les sépare complètement, les deux masses ne se relient pas.

Le programme

À téléverser dans la carte, puis ouvrir le moniteur série à 9 600 bauds :

/*
 * Thermostat de refroidissement pour module Peltier TEC1-12706 (12 V)
 * Carte : Arduino Uno -- capteur LM35 sur A0, module relais sur D7
 * La plaquette est alimentee par son propre bloc 12 V, a travers le contact
 * NO du relais : la carte ne voit jamais le courant de puissance.
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */

const byte PIN_RELAIS = 7;         // entree IN du module relais
const byte PIN_LM35   = A0;        // sortie VOUT du capteur LM35

// Beaucoup de cartes relais collent sur un niveau BAS : si le relais
// travaille a l envers, echanger les deux constantes qui suivent.
const byte NIVEAU_ACTIF = HIGH;
const byte NIVEAU_REPOS = LOW;

const float SEUIL_MARCHE = 10.0;   // on refroidit au-dessus de 10 degres
const float SEUIL_ARRET  =  7.0;   // on s arrete sous 7 degres
const float TENSION_REF  =  5.0;   // tension de reference de la carte, en volts

float seuil = SEUIL_MARCHE;        // seuil courant : deplace a chaque bascule
bool refroidit = false;

float lireTemperature() {
  int mesure = analogRead(PIN_LM35);
  return (mesure * TENSION_REF / 1024.0) * 100.0;   // 10 mV par degre
}

void setup() {
  pinMode(PIN_RELAIS, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_RELAIS, NIVEAU_REPOS);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Thermostat Peltier pret.");
}

void loop() {
  float temperature = lireTemperature();

  if (temperature > seuil) {                  // trop chaud : on refroidit
    digitalWrite(PIN_RELAIS, NIVEAU_ACTIF);
    seuil = SEUIL_ARRET;
    refroidit = true;
  } else {                                    // assez froid : on s arrete
    digitalWrite(PIN_RELAIS, NIVEAU_REPOS);
    seuil = SEUIL_MARCHE;
    refroidit = false;
  }

  Serial.print("Temperature : ");
  Serial.print(temperature, 1);
  Serial.print(" degres C  --  ");
  Serial.println(refroidit ? "refroidissement en cours" : "au repos");

  delay(500);
}

Comment ça marche

• Le LM35 délivre 10 mV par degré : la mesure brute du convertisseur, entre 0 et 1023, est convertie en volts puis multipliée par 100 pour donner des degrés Celsius. Avec la référence 5 V par défaut, la résolution vaut environ 0,5 °C — bien assez pour un thermostat.
• Le seuil de comparaison change à chaque bascule : au-dessus de 10 °C le refroidissement démarre et le seuil descend à 7 °C, il ne s’arrête donc qu’à 7 °C ; une fois arrêté, le seuil remonte à 10 °C et la remontée est libre jusqu’à cette valeur. Une seule comparaison suffit ainsi à obtenir l’hystérésis.
• Le contact NO reste ouvert quand la carte n’a rien demandé : une coupure de l’USB, un programme bloqué ou le fil de commande débranché laissent la plaquette hors tension. C’est le sens de sécurité.
• La broche D7 ne délivre que quelques milliampères à l’entrée IN du relais. Les 6 A traversent le bornier du relais et le bloc 12 V, jamais la carte.
• La mesure est prise deux fois par seconde, ce qui suffit largement : la masse thermique d’un compartiment bouge lentement, et c’est l’hystérésis, pas la fréquence de mesure, qui protège le contact du relais.

Mise en service

1. Carte seule, sans 12 V : vérifiez sur le moniteur série que la température affichée est proche de celle de la pièce, puis saisissez le capteur entre deux doigts — la valeur doit monter de quelques degrés.
2. Contrôlez le niveau de déclenchement du module relais avant de brancher quoi que ce soit en puissance : IN à la masse, puis IN au 5 V, et observez quand la LED témoin s’allume. C’est cette vérification qui dit s’il faut échanger NIVEAU_ACTIF et NIVEAU_REPOS.
3. Montez la plaquette : pâte thermique et dissipateur sur la face chaude, ventilateur en place, et seulement ensuite la mise sous tension du 12 V.
4. Laissez le compartiment se stabiliser : les premiers paliers demandent plusieurs minutes, une plaquette Peltier ne descend pas d’un coup.

Variante : mesurer directement au fond du compartiment

Le LM35 est analogique : il donne la température de l’air juste autour de lui, mais une sortie analogique se dégrade sur un long fil, et les grades courants ne descendent pas sous 0 °C. Pour poser la mesure dans le volume à refroidir, ou pour descendre plus bas, une sonde DS18B20 étanche convient mieux : sa sortie est numérique, sa puce est scellée dans un tube inox, elle lit de −55 °C à +125 °C et son câble d’un mètre ne perturbe pas la mesure. Le programme garde la même logique : seules la lecture, par les bibliothèques OneWire et DallasTemperature, et la conversion changent.

Points d’attention

• Jamais sans dissipateur. La face chaude évacue à la fois la chaleur prélevée et la puissance électrique consommée. Sans dissipateur ni ventilateur, sa température grimpe jusqu’à dépasser les 138 °C de la brasure interne, et la plaquette est perdue. Ce n’est pas une option, même pour un essai court.
• Pâte thermique sur les deux faces, surfaces planes et serrage modéré : la céramique est cassante, et les fabricants annoncent une contrainte statique maximale de l’ordre d’une dizaine de kilogrammes par centimètre carré. Un serrage direct de vis sur la céramique casse la plaquette.
• Condensation. Dès que la face froide passe sous le point de rosée, l’humidité de l’air s’y dépose puis gèle : l’eau fait pont thermique et la glace isole la face froide. Isolez la plaquette et ses fils, et prévoyez une évacuation.
• Fils nus. Un contact médiocre chauffe sous 6 A : serrez les fils dans le bornier du relais ou dans un bornier à vis, jamais un simple tortillon.
• Le courant ne se devine pas. Comptez 6 A sous 12 V, soit 72 W à fournir, et un contact capable de les passer : les modules relais de la boutique sont donnés pour 10 A sous 250 V alternatif, ce qui laisse de la marge pour une commutation occasionnelle sous 12 V continu. Pour des commutations fréquentes, un relais statique ou un transistor de puissance dure plus longtemps.
• Efficacité. Le rendement est toujours inférieur à 1 : pour 50 W de chaleur retirés, la face chaude en rejette plus de 100 W. Un montage Peltier se conçoit donc autour de l’évacuation de cette chaleur, pas autour de la plaquette seule.

Questions fréquentes

Quelle alimentation faut-il ?

Un bloc 12 V continu capable de fournir 6 A, soit 72 W. La plaquette ne régule rien : sa résistance interne de 2 Ω fait qu’elle absorbe tout ce que l’alimentation peut donner sous 12 V. Une alimentation 12 V 2 A la fera tourner à puissance réduite — utilisable pour un essai, insuffisante pour refroidir réellement un volume. Le pôle positif va au commun du relais, le fil noir de la plaquette à la masse du bloc, et le circuit 12 V reste isolé de la carte par le contact du relais : ne reliez pas les deux masses. Un bloc à prise cylindrique comme les alimentations de bureau doit être adapté : coupez la prise et dénudez les deux conducteurs, ou partez d’une alimentation à bornier.

Puis-je le brancher directement sur une sortie de la carte ?

Non. Une sortie numérique délivre une vingtaine de milliampères sous 5 V, la plaquette en réclame jusqu’à 6 000 sous 12 V : trois ordres de grandeur d’écart. Il faut un étage de puissance — un simple contact de relais pour la marche et l’arrêt, comme dans le mini-projet de cette page, ou une commande à découpage si vous voulez moduler la puissance, un relais n’aimant pas les commutations fréquentes.

Quelle face refroidit ?

C’est le sens du courant qui décide, et rien sur la plaquette ne l’indique : le marquage donne la référence et le lot de fabrication, pas la face froide. La vérification est rapide : alimentez la plaquette sous 3 à 5 V pendant quelques secondes, sans dissipateur, et touchez les deux faces — celle qui refroidit est la face froide, l’autre chauffe. Ne laissez pas le module alimenté ainsi plus de quelques secondes. Si les faces sont inversées dans votre montage, il suffit de croiser le fil rouge et le fil noir.

Le module peut-il produire de l’électricité ?

Oui, par effet Seebeck : avec une face chaude et l’autre froide, il délivre une tension, de l’ordre de quelques dizaines de millivolts par degré d’écart. C’est le même composant utilisé à l’envers, et c’est le principe des générateurs thermoélectriques. La puissance récupérée reste modeste — de quoi alimenter un capteur ou une petite horloge, pas un moteur.

Pourquoi la température remonte-t-elle dès que le relais s’ouvre ?

Parce que les parois du compartiment sont à la température de la pièce et lui rendent la chaleur qu’elles avaient cédée, alors que la face froide n’a presque aucune masse thermique pour tenir le froid. Deux leviers : isoler davantage les parois, et ajouter une petite masse côté froid — un bloc d’aluminium, une bouteille d’eau — qui emmagasine les degrés gagnés et espace les cycles du relais.

À combiner avec

La plaquette ne fait rien toute seule : il lui faut deux dissipateurs, un ventilateur et la visserie pour assembler l’ensemble. C’est exactement ce que réunit le Kit Peltier Système de Réfrigération : livré sans module Peltier, il contient les deux radiateurs, le ventilateur, son couvercle et le paquet de vis, et se complète donc avec la plaquette de cette page. Côté alimentation, l’alimentation 12 V 2 A dépanne pour un montage d’essai à puissance réduite ; pour exploiter le module à sa capacité, il faut un bloc 12 V qui tient 6 A. Un second ventilateur 5 V placé côté froid brasse l’air du compartiment et homogénéise la température, au lieu de refroidir un seul point.