Kit Peltier Système de Réfrigération

Un module thermoélectrique ne refroidit rien par lui-même : il pompe la chaleur d’une face vers l’autre, et cette chaleur doit être évacuée. Ce kit fournit la partie mécanique de ce travail — deux radiateurs à ailettes en aluminium, le ventilateur qui souffle sur le côté chaud, son couvercle de protection et la visserie qui maintient l’empilage serré contre le module. Il reste à choisir le module Peltier et l’alimentation adaptés au volume à refroidir.

Ce que contient le kit

• deux radiateurs à ailettes en aluminium, de tailles différentes : le plus large évacue la chaleur, le plus petit sert de surface froide ;
• un ventilateur pour souffler l’air à travers le radiateur chaud ;
• un couvercle de protection qui se fixe par-dessus le ventilateur ;
• la visserie de montage : les vis traversent l’empilage radiateur, module, radiateur et le maintiennent serré.

Le module thermoélectrique n’est pas fourni : c’est la pièce qui détermine la puissance de refroidissement, et le kit laisse le choix entre plusieurs modèles.

Caractéristiques techniques

Comment fonctionne un refroidissement Peltier

Un module thermoélectrique est un sandwich de semiconducteurs pris entre deux plaques de céramique. Dès qu’un courant continu le traverse, les porteurs de charge transportent de la chaleur d’un côté vers l’autre : une plaque devient froide, l’autre chaude. C’est l’effet Peltier, découvert avant l’électricité industrielle et toujours utilisé pour le même avantage — refroidir sans fluide, sans compresseur et sans pièce en mouvement.

Le point que l’on oublie

La face chaude rejette la chaleur pompée plus la puissance électrique consommée. Un module alimenté sous 12 V rejette donc davantage d’énergie qu’il n’en déplace : le rendement est inférieur à 1, et c’est pour cela que le côté chaud réclame un radiateur plus gros que le côté froid et un ventilateur qui tourne en permanence. Si la face chaude n’est pas correctement dissipée, sa température monte, la chaleur remonte par conduction vers la face froide, et le module finit par chauffer des deux côtés.

Ce qui décide du résultat

• L’écart de température entre les deux faces : plus il est grand, moins le module pompe de chaleur.
• La charge thermique de ce que l’on refroidit : un volume d’air mal isolé apporte plus de chaleur que le module n’en évacue.
• La qualité du contact entre le module et les radiateurs : une surface irrégulière ou mal serrée annule une partie du travail, d’où la pâte thermique et un serrage régulier.

Assemblage, étape par étape

1. Repérer les deux faces du module. En général une face porte une inscription et l’autre non ; notez celle que vous mettez vers le froid, vous en aurez besoin au câblage. Les deux faces ne sont pas identiques électriquement.
2. Enduire de pâte thermique les deux faces du module, en fine couche. Trop de pâte isole au lieu de conduire.
3. Empiler en posant le module entre les deux radiateurs, faces en regard, sans le faire glisser une fois posé : ses céramiques sont fragiles à l’effort latéral.
4. Visser progressivement et en croix, un tour de chaque vis à la fois, jusqu’à ce que le module soit fermement pris sans être écrasé.
5. Fixer le ventilateur sur le radiateur qui chauffera, puis poser le couvercle de protection par-dessus. Le couvercle protège les pales de la poussière et des chocs.
6. Ne mettre sous tension qu’une fois l’ensemble serré. Un module alimenté sans ses radiateurs est détruit en quelques secondes : la face chaude n’a alors aucun moyen de céder sa chaleur.

Mini-projet Arduino : tenir une consigne de température

Le montage ci-dessous maintient une enceinte à une température choisie, en coupant et remettant le module Peltier par un relais. C’est la manière la plus simple de piloter ce type de refroidissement : le module reste alimenté par sa propre source, et l’Arduino ne fait qu’ouvrir ou fermer le circuit.

Matériel nécessaire

• ce kit, entièrement assemblé ;
• un module thermoélectrique, non fourni ;
• une carte Arduino Uno et ses fils de liaison — une Uno R3 suffit ;
• un capteur de température LM35, qui donne 10 mV par degré Celsius et se lit sur une entrée analogique ;
• un module à un relais commandé en 5 V, dont les contacts supportent le courant du module ;
• une alimentation continue dont la tension et l’intensité correspondent au module retenu.

Câblage

Le module Peltier ne doit jamais être alimenté par la carte Arduino : il appelle plusieurs ampères, très au-delà de ce que ses broches peuvent fournir. Le relais sert justement à séparer les deux circuits.

Programme

/*
 * Regulation de temperature d'une enceinte refroidie par effet Peltier
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 *
 * Capteur LM35 sur A0, module relais sur la broche 7.
 * Le relais coupe et remet le module Peltier pour tenir la consigne.
 */

const int BROUCHE_LM35 = A0;
const int BROUCHE_RELAIS = 7;

const float CONSIGNE = 8.0;     // temperature visee, en degres Celsius
const float HYSTERESIS = 1.5;   // ecart tolere avant de remettre le froid
const float TENSION_REF = 5.0;  // tension de reference de la carte

bool froid = false;

float lireTemperature() {
  int mesure = analogRead(BROCHE_LM35);
  float tension = mesure * TENSION_REF / 1024.0;
  return tension * 100.0;  // le LM35 delivre 10 mV par degre Celsius
}

void setup() {
  pinMode(BROUCHE_RELAIS, OUTPUT);
  digitalWrite(BROUCHE_RELAIS, LOW);  // relais au repos : module hors tension
  Serial.begin(9600);
}

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

  // Demarrer le froid au-dessus de la consigne + hysteresis...
  if (temperature > CONSIGNE + HYSTERESIS) {
    froid = true;
  }
  // ...et l'arreter des que la consigne est atteinte.
  if (CONSIGNE > temperature) {
    froid = false;
  }

  digitalWrite(BROUCHE_RELAIS, froid ? HIGH : LOW);

  Serial.print("Temperature : ");
  Serial.print(temperature, 1);
  Serial.println(" C");

  delay(2000);
}

Mise en service

1. Vérifiez au multimètre la tension de sortie du LM35 avant de brancher le relais : à température ambiante, elle doit être proche de 250 mV pour 25 °C.
2. Ouvrez le moniteur série à 9 600 bauds : la température doit s’afficher et se mettre à jour toutes les deux secondes.
3. Réglez la consigne dans le programme, puis rechargez la carte.
4. Si le relais fait l’inverse de ce qui est attendu, c’est que votre module est actif à l’état bas : échangez HIGH et LOW dans la dernière instruction.

Ce que l’on observe

La température descend par paliers, puis se stabilise : le relais colle, le froid s’installe, la consigne est atteinte, le relais retombe. L’hystérésis de 1,5 °C évite que le relais batte toutes les deux secondes et s’use prématurément. Si la température se met à remonter franchement pendant les phases d’arrêt, c’est l’isolation de l’enceinte qui est insuffisante ; si elle ne descend pas du tout, c’est la dissipation du côté chaud qu’il faut revoir avant d’accuser le module.

Points d’attention

• Jamais sans radiateurs. C’est la seule erreur qui détruit un module en quelques secondes.
• Le ventilateur tourne en permanence, y compris pendant les phases d’arrêt du module : la chaleur accumulée dans le radiateur chaud doit continuer à s’évacuer.
• Les contacts du relais doivent tenir le courant du module, qui atteint plusieurs ampères sous 12 V. Un relais sous-dimensionné chauffe, colle et finit par ne plus s’ouvrir.
• Deux sources distinctes : le circuit de puissance (module et ventilateur) d’un côté, la carte Arduino et le capteur de l’autre, avec une masse commune.
• Condensation. Dès que la face froide descend sous le point de rosée, l’humidité de l’air se dépose en eau. Isoler la partie froide, et empêcher l’eau de couler vers les cartes.
• Serrage et pâte thermique comptent plus que la puissance du module : un empilage mal serré perd une grande partie de son efficacité.

Questions fréquentes

Le module thermoélectrique est-il fourni ?

Non. Ce kit ne contient que la partie mécanique : radiateurs, ventilateur, couvercle et visserie. Le module se choisit à part, en fonction de la température visée et de l’alimentation disponible — le module Peltier TEC1-12706 est le modèle courant pour ce type de montage.

Quelle alimentation faut-il prévoir ?

Elle dépend du module. Un 12706 alimenté sous 12 V appelle de l’ordre de 6 A — vérifiez la valeur sur la notice du module que vous achetez. Un bloc de 12 V limité à 2 A ne fera pas fondre le module : il fournira une fraction du courant d’appel, donc une fraction du refroidissement, et chauffera. Il vaut mieux viser large que juste, quitte à limiter le courant par une régulation dédiée.

Peut-on en faire une glacière ou un petit réfrigérateur ?

Oui, pour un volume réduit et correctement isolé. Trois contraintes décident du résultat : le volume d’air à refroidir, la qualité de l’isolation, et surtout l’endroit où part la chaleur — il faut l’évacuer à l’extérieur du volume, ventilateur compris, sinon l’appareil se contente de chauffer la pièce. Ne comptez pas atteindre les températures d’un congélateur : l’effet Peltier refroidit avec un rendement faible et son écart maximal entre faces reste modeste.

Pourquoi de la buée ou de la glace apparaît-elle côté froid ?

Parce que la surface froide condense l’humidité de l’air, exactement comme un verre sorti du réfrigérateur. C’est normal, mais cela demande une protection : de l’eau qui ruisselle sur une carte électronique provoque des pannes difficiles à diagnostiquer. Isoler la face froide limite aussi ce dépôt.

Comment mesurer une température descendue sous zéro ?

Un LM35 lu par une entrée analogique d’Arduino ne lit pas les valeurs négatives : il faudrait une référence de tension négative pour cela. Dans ce cas, employez plutôt une sonde numérique DS18B20, qui descend bien plus bas et transmet une valeur numérique, insensible au bruit du câble.

Peut-on inverser pour chauffer ?

Oui. En échangeant les deux fils d’alimentation du module, la face qui refroidissait se met à chauffer. C’est le même phénomène, parcouru à l’envers : certains projets s’en servent pour tenir une température dans les deux sens, ce qui suppose un pont en H à la place du relais.

À combiner avec

Pour suivre la température du côté froid avec précision, une sonde DS18B20 mesure l’intérieur d’un caisson et se câble jusqu’à la carte, sans être collée au capteur d’ambiance. Et si le montage doit basculer entre froid et chaud, un pont en H à relais remplace le simple relais de coupure.