Optimisation du rendement thermoélectrique de modules générateurs à pattes segmentées

L'amélioration de la performance thermoélectrique des modules générateurs thermoélectriques a fait l'objet de plusieurs études. Dans les dernières décennies, la plupart d'entre elles ont été faites à l'aide des éléments finis. Les simulations par éléments finis prennent à chaque jour une place plus grande dans la recherche. Des logiciels comme ANSYS Workbench fournissent des outils spécifiques pour chaque type d'analyses en plus d'un environnement convivial pour les nouveaux utilisateurs. Pour cette raison, dans ce mémoire où on s'est intéressé à l'effet de la segmentation des pattes dans la performance thermoélectrique du module, ainsi qu'aux propriétés mécaniques en générale et en particulier sur la résistance mécanique des modules, cette méthode d'analyse a été choisie. Le but du projet est de développer la simulation du comportement thermoélectrique et thermomécanique d'un module générateur thermoélectrique (MGT) à pattes segmentées afin d'établir et d'optimiser les paramètres permettant une performance supérieure dans la récupération de la chaleur perdue dans certains procédés industriels. De manière à bien atteindre cet objectif, on a construit trois géométries différentes de modules thermoélectriques afin de bien évaluer l'influence de la segmentation dans la performance des MGT ; deux modules standards,un module segmenté symétriquement et un modèle segmenté asymétriquement. Toutes les géométries ont été inspirées d'un MGT typique de 40 × 40 mm2 d'aire avec des pattes de 1.5 mm de longueur et 1.4 × 1.4 mm2 de section. Des alliages à base de tellurure de bismuth produits par extrusion à chaud à l'École Polytechnique ont été utilisés comme matériaux pour tous les modèles développés. Pour tous les modèles, plusieurs analyses ont été faites et comparées pour arriver à établir la viabilité du modèle proposé. Finalement, le modèle du MGT segmenté de façon asymétrique qui a été proposé a montré un gain en puissance de 9% par rapport au modèle simulé sans segmentation et a montré qu'il résiste aux contraintes mécaniques induites par le gradient de température. L'effet de la segmentation sur la performance des modules a été confirmé et l'effet de la déformation plastique de l'alliage de soudure sur la résistance mécanique des modules a été observé dans les résultats de la simulation.