Réduire sa consommation d’énergie… depuis sa cheminée ?

Dans un monde où chaque geste compte pour préserver notre planète, tirer parti de la chaleur perdue de nos foyers devient une opportunité concrète. 

Grâce aux générateurs thermoélectriques (TEG), il est possible de transformer la chaleur dégagée par une cheminée en électricité, contribuant ainsi à la sobriété énergétique. Ce projet innovant s’inscrit dans une démarche écologique, visant à réutiliser les pertes d’énergie pour réduire notre dépendance aux sources polluantes. 

Découvrez comment une cheminée peut devenir un outil pour un avenir plus durable.

I- Présentation de notre projet

Bonjour! Nous sommes 2 étudiants, actuellement en fin de PEIP2. Dans le cadre de notre formation nous avons réalisé un projet de fin d’année des générateurs thermoélectriques sur une cheminée.

Notre projet consiste à réutiliser les pertes d’énergie d’une cheminée pour créer de l’électricité. Pour expliquer un peu plus, dans une cheminée, la dissipation de la chaleur sert à chauffer une pièce, le problème est que lorsque que le conduit de cheminée passe dans une zone qu’on ne veut pas chauffer (à l’extérieur ou dans un grenier par exemple), cette dissipation de chaleur devient simplement une perte d’énergie. L’idée est donc de transformer ces pertes en électricité.

Pour ce faire, on utilise des générateurs thermoélectriques qui reposent sur l’effet Seebeck.

L’effet Seebeck a été découvert en 1821 par le physicien allemand Thomas Johann Seebeck. C’est en manipulant différents métaux qu’il a accidentellement mis en évidence ce phénomène.

Pour essayer de présenter assez simplement ce phénomène, l’effet Seebeck est un phénomène physique qui permet de produire de l’électricité à partir d’une différence de température.

Lorsqu’on relie deux métaux différents pour former un circuit fermé et que les jonctions sont à des températures différentes, un courant électrique se crée naturellement. Ce phénomène est créé par le déplacement des électrons du côté chaud vers le côté froid, générant une tension. Plus la différence de température est importante, plus la tension produite est élevée. Cet effet est à la base du fonctionnement des générateurs thermoélectriques (TEG), qui vont convertir la chaleur de notre cheminée en électricité.

L’objectif de notre projet est de créer la maquette d’une cheminée afin de tester les générateurs, faire des mesures et savoir si cette solution est durable et efficace. Dans les contraintes données par nos professeurs, la maquette devait être démontable pour faciliter son transport et pour pouvoir l’améliorer en changeant certains composants.

II- Les étapes de construction de la maquette

La première étape, pas la plus marrante, a été celle des recherches pour l’achat des composants.

Le premier achat a été la résistance chauffante.

Les critères de recherche étaient la puissance et la ventilation. Pour la puissance, la résistance devait être assez puissante pour pouvoir chauffer l’air de la cheminée à 100°C. Pour la ventilation, elle permet de diriger l’air dans le conduit de cheminée et de chauffer l’air de manière plus uniforme.

Ensuite, nous avons cherché nos générateurs thermoélectriques. Nous avons choisi d’en acheter 4 différents afin de les comparer et de savoir si la différence de prix était visible dans leur efficacité ou non.

Pour le bâti et la cheminée, nous avons choisi d’utiliser de l’acier car c’est le plus pratique pour la soudure tout en étant assez résistant à une certaine température.

Pour le bâti nous avons décidé de le faire nous même avec une plaque. Pour la découpe et la soudure de la plaque, nous avons dû faire appelle à la métallurgie d’une autre école, les Beaux-arts. Nous n’avons malheureusement pas pu réaliser nos découpes et nos soudures nous même car ça nécessite de maîtriser des outils que nous ne maîtrisions pas. Heureusement, Victor Gilles (notre sauveur), a réaliser les découpes à l’aide de la meuleuse et d’une guillotine et pour les soudures, il a utilisé des soudures à l’arc.

Pour la soudure, nous avons eu un problème majeur, l’épaisseur de la plaque d’acier.

En effet, nous avions commandé une plaque de 1.5mm d’épaisseur pour deux raisons. La première est la solidité. Pour supporter la résistance et le conduit, il fallait une plaque assez épaisse. La deuxième est la plus importante, la soudure. En effet, plus une plaque est fine, plus la soudure est difficile à faire pour différentes raisons. Lors d’une soudure, on chauffe à haute température la plaque. Le risque, si la plaque est trop fine est qu’elle ne “supporte” pas cette température et se déforme voire se troue. Le problème est que nous n’avons pas reçu une plaque de 1.5mm mais bien 0.5mm.

Malgré ça, Victor a réussi à souder tout le bâti. Cependant, pour réaliser les montants du bâti, il a décidé de nous donner des profilés ( des pièces en forme de L) d’épaisseur 3mm.

Voici le bâti que nous avions imaginé en conception assistée par ordinateur et le rendu final.

Une fois les TEG collés et l’assemblage des composants réalisés, voici le résultat:

Et si vous suivez toujours, vous aurez sûrement remarqué qu’il manque un élément primordial à notre projet… le conduit!

En effet, durant tout le projet nous avons eu des problèmes avec les commandes. Entre les sites où nous ne pouvions pas commander et les délais de livraison, les commandes ont été notre principale difficulté. Et pour le conduit de la cheminée, nous ne l’avons tout simplement pas reçu.

Pour quand même réaliser des mesures, nous avons décidé de coller les générateurs thermoélectriques directement sur la résistance. Le problème de cette technique est que cela diminue la différence de température et donc l’efficacité de l’installation, comme nous allons le voir dans les mesures.

III- Les mesures

Comme nous l’avons dit précédemment, les résultats ont été fortement impactés par le changement de place des TEG puisque après mesure nous avons obtenu une tension de…0V.

Ce résultat est facilement explicable. Déjà, même si les TEG ont de nombreux avantages comme leur durabilité, leur faible coût (car pas de maintenance) et le fait qu’on utilise de l’énergie perdue, ils ont un inconvénient principal, leur manque d’efficacité. En effet, même dans des conditions idéales, les TEG produisent très peu d’énergie. Or, dans ce cas, les TEG étant collés à la résistance la différence entre la face chaude et la face froide est quasi nulle.

Comme la production d’électricité dépend de la différence de température entre les deux faces, il est logique que nous ayons obtenu une tension nulle.

Avec l’aide de nos professeurs nous avons donc eu une idée pour tenter d’avoir une production. Comme le problème est la faible différence de température nous pouvons soit augmenter la température d’une des faces soit réduire la température de la face froide. Nous avons opté pour la deuxième option pour des raisons techniques.

Pour cela, on a posé des pains de glace sur les TEG pour refroidir leur face froide.

Avec cette technique on a obtenu des résultats bien meilleurs.

Dans un premier montage, on a obtenu des tensions entre 1.2 et 1.7 V. Dans un deuxième, on a branché 2 des TEG en dérivation et avec ça, on a obtenu une tension de 3.3 V. Ce résultat est cohérent puisque en dérivation les tensions s’additionnent.

IV- Conclusion

En conclusion, les générateurs thermoélectriques ne sont clairement pas une solution miracle qui vont nous permettre de produire de l’électricité de manière efficace.

Dans une application concrète, si on pose des générateurs thermoélectriques sur un conduit de cheminée il faudrait prévoir un système qui refroidit la face froide des TEG. Ce système pouvant être très coûteux en énergie, mettre des TEG sur une cheminée, en suivant les données obtenues sur notre maquette, ne seraient pas pour l’instant bénéfique.

Nous tenons à remercier très particulièrement nos professeurs référents Rima Al Aridi et Thierry Lemenand, ainsi que Boris Rayer le responsable FabLab de polytech Angers, et Victor Gilles le responsable métallurgie de l’école des Beaux Arts.

Julien Boubet et Charles Burban.