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SOMMMAIRE
II) Figure de mérite et rendement
1) Figure de mérite
Un thermocouple type sera donc composé de deux branches semiconductrices: une dopée n, l'autre p, reliées par un métal assurant la conduction thermique.
Le rendement d'un thermocouple est :  où W est la puissance électrique fournie et Q la chaleur fournie par la source chaude à la cource froide.
Exprimée avec les paramètres du thermocouple :
Le terme du haut traduit la puissance électrique et le terme du bas le transfert thermique du à la diffusion thermique (terme en KdT) à l'effet joule (terme en I^2*R/2) et à l'effet Peltier. En ayant choisit Rl de telle sorte que le rendement soit maximal, le rendement peut se mettre sous la forme :
Le premier facteur représente le rendement de carnot d'une machine thermique. Le deuxième terme est un facteur positif inférieur à 1 du aux effets irréversibles du processus de conversion. K est fonction d'un nombre Z (figure de mérite ou facteur de mérite). Plus Z est élevé, plus K tend vers 1. Ainsi Z permet de classer l'aptitude des matériaux à convertir un flux de chaleur en électricité.
On remarque que  (la conductivité thermique totale est celle due au réseau cristallin plus celle assurée par les électrons).
Le choix du thermoélément adéquat est dont un compromis entre un fort coefficient de Seebeck, une forte conductivité électrique et une faible conductivité thermique.
La figure de mérite dépend aussi de la température :
On voit bien dans ce graphique que chaque thermoélément a un domaine restreint où sa figure de mérite est maximale, c'est à dire un rendement maximal. Il est donc primordial de choisir le matériau adéquat quant aux températures de la future application.
Les matériaux arrivant au meilleur compromis des paramètres de la figure de mérite sont les semiconducteur (par exemple Bi2Te3). Ces derniers ont notamment un coefficient de Seebeck très élevé par rapport aux métaux (de l'ordre du mV.K -1).
2) Mise en série
Un seul thermocouple, même s'il a une très bonne figure de mérite, ne produira jamais assez une tension exploitable puisqu'elle sera de l'ordre du millivolt. Il est donc nécessaire de mettre plusieurs thermocouples en série électriquement pour ajouter leurs tensions mais en parallèle thermiquement afin d'avoir la même différence de température aux extrémitées des thermocouples :
Si ce processus permet donc en théorie d'obtenir des tensions importantes, il est cependant limité par le fait que à chaque mise en série, la résistance interne du générateur augmente ce qui diminue son rendement.
2) Segmentation
Nous avons vu que chaque semi-conducteur possède un domaine restreint où son efficacité est maximale. Or le long du thermocouple s'installe un gradient de température, le semiconducteur utilisé n'a alors pas la même efficacité sur tout le long du thermocouple.
On a alors recours aux générateurs dits “segmentés” : chaque branche du thermocouple est alors composée des semiconducteur qui ont une efficacité maximale à leurs emplacements.
On peut voir ci-dessous un exemple de générateur segmenté :
Le problème avec ce genre vient des incompatibilités thermiques entre les matériaux utilisés. En effet ils ont des coefficients de dilatation différents, la structure est donc fragile.
3)Mise en cascade
Pour éviter les problèmes de la segmentation, on peut mettre les couples cascade. Un étage intermédiaire répartit le flux de chaleur plus uniformément, et on peux ajuster le flux de chaleur qui traverse chaque branche en modifiant sa section :
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