Le présent projet SYSPACTE concerne l’étude numérique et expérimentale de l’intégration au bâtiment de systèmes thermoélectriques innovants (en mode Peltier) pour des applications de chauffage/rafraîchissement basse température et de ventilation mécanique double flux. La solution thermoélectrique devient compétitive en terme de coefficient de performance (COP) lorsque la différence de température entre la face chaude et froide du module est modeste. Ainsi, l’utilisation de modules thermoélectriques en mode Peltier constitue une alternative très intéressante aux pompes à chaleurs qui présentent deux inconvénients majeurs : utilisation de fluides frigorigènes (les fuites contribuent à l’effet de serre à hauteur de 20% et les consommations électriques représentent 80%) et présence de pièces mobiles (synonyme d’usure et de nuisance sonore).

Actuellement, le principal point d’achoppement des applications thermoélectriques au bâtiment réside dans la nature des modules qui sont mal adaptés car soumis à de nombreuses contraintes techniques et technologiques limitant les dimensions de ces dispositifs à quelques centimètres. Si les études récentes ont mis en évidence la possibilité d’obtenir avec des modules du commerce des COP supérieurs à 2 en refroidissement aéraulique (thèse M. Cosnier, LOCIE) et des COP supérieurs à 3 en refroidissement hydraulique (étude M. AÏT-AMEUR, ACOME), elles ont révélé également les difficultés de transférer les flux aux interfaces (jusqu’à 80 kW/m2) du fait des faibles dimensions des modules. Le présent projet se propose d’étudier l’intégration de dispositifs thermoélectriques de plus grande surface dans différents systèmes dédiés au confort thermique dans l’habitat. Les panneaux thermoélectriques, développés et réalisés par Jean-Claude TEDENAC, seront de plus ou moins grandes dimensions depuis la plaque thermoélectrique utilisable au sein d’un échangeur, à air ou à eau, jusqu’à la paroi thermoélectrique intégrable au bâtiment et jouant le rôle d’émetteur (paroi active). Ces panneaux pourraient ainsi constituer des pompes à chaleur thermoélectriques en utilisant le mode Peltier. Les principaux axes du projet concernent :

–          La rédaction d’un cahier des charges général pour les différents systèmes à base de panneaux thermoélectriques (pour orienter la thèse MATERIAU):

·         La paroi active thermoélectrique (mur, plafond)

·         La pompe à chaleur thermoélectrique (eau/eau, air/eau) pour les solutions de plancher  chauffant/rafraîchissant basse température

·         Le système de ventilation double flux thermoélectrique (air/air)

–          La réalisation d’un premier modèle numérique du Panneau ACtif ThermoElectrique (peut orienter la thèse MATERIAU)

–          La conception et la modélisation numérique des systèmes à base de panneaux thermoélectriques.

–          L’optimisation des échangeurs (flux thermique et perte de charge) entre les panneaux thermoélectriques et les fluides caloporteurs, en utilisant notamment l’approche constructale et/ou les automates cellulaires, voire d’autres approches d’optimisation plus générales telles que les algorithmes génétiques

–          Le positionnement technico-économique des systèmes à base de panneaux thermoélectriques par rapport aux systèmes à base de modules thermoélectriques classiques

–          L’étude de l’efficacité énergétique de ces systèmes intégrés au bâtiment.

–          L’optimisation de la consommation énergétique, du confort thermique des occupants et du coût financier.

–          La mise en œuvre des différents systèmes à base de panneaux thermoélectriques issus des modélisations précédentes.

–          Suivi expérimental

–          Exploitation des résultats (caractérisation systèmes + validation modèles)

–          La définition du bâtiment de référence intégrant des panneaux actifs thermoélectriques