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Les piles thermo-électriques

Lorsque l'on chauffe une soudure entre 2 métaux différents, il naît une force électromotrice qui fait que cette soudure se comporte comme une pile.

Cet effet avait été mis en évidence pour la première fois, vers 1821, par le physicien allemand Thomas Johann SEEBECK (1770-1831).

Le principe de l'expérience de Seebeck est rappelé ci-contre.

Si on chauffe la jonction entre un barreau de bismuth et d'antimoine reliés par un fil de cuivre qui ferme le circuit, l'aiguille aimantée dévie, ce qui montre l'apparition d'un courant électrique.

Il naît donc une force électromotrice au niveau de la soudure des deux métaux.

Mais cette force électromotrice est très faible et il faut un très grand nombre d'éléments en série pour rendre le dispositif industriellement applicable.

La Pile de Melloni composée d'une dizaine de couples Bismuth-antimoine et associée à un galvanomètre de Nobili (galvanomètre astatique), permit au physicien italien Macedonio MELLONI (Parme 1798 - Naples 1854) vers 1830 de faire des expériences fondamentales sur le rayonnement infrarouge.

Banc de Melloni équipé d'un thermo-multiplicateur électrique

A noter que l'effet Pelletier est, à l'inverse de l'effet Seebeck, la production d'une différence de température dans une jonction bimétallique lors du passage d'un courant.

La pile NOE, qui avait été présentée pour la première fois à l'Exposition universelle de 1878, utilisait un couple maillechort-antinoine zinc. Elle est l'invention d'un physicien de Vienne en Autriche et est la première pile thermo-électrique qui fut utilisée industriellement.

Dans cette pile, la soudure chaude n'était pas chauffée directement ; elle était renfermée dans une capsule de laiton du centre de laquelle sortait une tige de cuivre rouge, terminée en cône et qui recevait la chaleur de la flamme du bruleur à gaz dans laquelle elle était plongée.

pile de NOE

Elle permettait, en mettant en série 100 soudures, de disposer d'une pile de 1,2 V capable de débiter 2 A en court-circuit.

La vue de gauche détail la constitution d'un élément de la pile complète (vue de droite). Le maillechort est un ensemble de fils (A) soudés sur le barreau d'alliage zinc et antimoine. Les barreaux sont montés sur un support circulaire. Les pointes (en cuivre) sont orientées vers le centre qui constitue la source chaude placée au dessus du bruleur à gaz.

Pile Clamond

La pile CLAMOND est un appareil industriel qui a été utilisé par des artisans de la galvanoplastie au début du XXième siècle.

Elle se composait d'un ensemble d'éléments constitués par une soudure d'une lame de fer sur un alliage antimoine/zinc.

les éléments étaient montés en couronne autour d'un brûleur à gaz qui chauffait ces soudures.

Une telle pile donne un courant constant aussi longtemps que le brûleur fonctionne.

Un ensemble de 12 couronnes donnait une tension d'environ 8 Volts et un courant de 2 à 3 Ampères pour un bain de galvanoplastie pour une consommation de gaz de 180 l/h (6 A en court-circuit).

Un Ingénieur de l'époque, M. Chaudron, avait perfectionné la pile Clamond en apportant quelques modifications de détail. Dans sa réalisation par exemple, le couple thermoélectrique était constitué par une lame de fer étamé et par un bloc d'un alliage antimoine et zinc, connu sous le nom d'alliage de Marcus.

Les ATELIERS PHOTOGRAPHIQUES D'ASNIERES (Maison GOUPIL) par exemple qui étaient un des meilleurs ateliers au monde pour la réalisation de reproductions artistiques et d'éditions photomécaniques, utilisaient, à partir de1874, une pile thermo-électrique de Clamond pour la galvanoplastie.

On peut noter aujourd'hui que les générateurs thermo-électriques, parfaitement au point dès la fin du 19ième siècle, sont tombés complètement en désuétude dès le début du 20ième.

C'est regrettable car certains de ces générateurs statiques, comme le calorifère thermo-électrique de Clamond permettaient de produire simultanément de la chaleur et de l'électricité.

Cet appareil était commercialisé en 1889 par les Ets Industriels de Clamond. Le foyer était adapté à la combustion du coke qui servait à chauffer un atelier ou des locaux techniques.

La partie productrice d'électricité était constituée de petits blocs de 3 cm sur 2 en alliage zinc/antimoine reliés à des lames de fer blanc.

Un tel poêle pouvait produire une puissance électrique de l'ordre de 300 à 400 W sous une différence de potentiel (voltage) de l'ordre de 110 V.

La consommation était d'environ 10 kg de coke par heure.

Il serait sans doute possible d'obtenir avec des cellules plus modernes une puissance de l'ordre de 1 KW.

calorifère thermo-électrique de Clamond

De tels appareils seraient sans doute utiles pour le chauffage de chalets en montagne ou de lieux d'habitation isolés. Le combustible pourrait être du charbon du gaz ou toute autre matière combustible (bois de récupération, copeaux, paille, déchets de végétaux, gaz de biomasse ...).

Ces appareils ont été de fait, les ancêtres de nos modernes systèmes à cogénération.

Le retour de tels systèmes, dans des versions modernisées, n'est peut-être pas à exclure totalement et des laboratoires sérieux travaillent sur le sujet.

Autre application de la thermoélectricité, ce générateur de courant type TKG3 de fabrication soviétique était capable d'alimenter une poste de radio en le chauffant sur une lampe à pétrole.



Sources :

  1. traité de galvanoplastie - Alfred SOULIER - Librairie Garnier Frères - PARIS - 1932
  2. Analyse critique du rapport EDF sur le renforcement électrique de la région de Cahors - 1999.
  3. Site historique de la Maison GOUPIL.
  4. Les Merveilles de la Science - Max de Nansouty - Boivin et Cie - Paris 1911

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