Article paru Micronano
Nanomatériaux : ils soufflent le chaud et le froid
Les matériaux thermoélectriques nanostructurés développés par le CEA LITEN convertissent la chaleur en électricité, ou transforment le courant pour produire du froid, avec un rendement élevé.
Transformer en électricité les pertes thermiques générées par les moteurs automobiles, les composants microélectroniques, les centres de calcul informatique... Autant d'applications écologiques et économiques envisageables grâce aux matériaux “thermoélectriques”. Lorsqu'ils sont traversés par un flux de chaleur, ces derniers sont en effet capables d'en convertir une partie en électricité pour divers usages. A l'inverse, parcourus par du courant, ils peuvent produire du froid de manière localisée. A la clé, le refroidissement des puces électroniques, qui risquent la surchauffe, et de nouveaux systèmes de climatisation... Enfin, le flux de chaleur qui les traverse pourrait permettre de les utiliser comme capteurs. Objectif : prédire l'élévation de température à court terme dans certaines situations, par exemple en cas d'incendie. Toutefois, les matériaux thermoélectriques jusqu'ici disponibles présentaient un trop faible rendement pour une utilisation à grande échelle, et restaient donc cantonnés à des marchés de niche (guidage laser, sondes spatiales...). Les travaux de l'institut LITEN changent la donne : les chercheurs ont en effet mis au point plusieurs matériaux thermoélectriques dont la nanostructuration diminue la conductivité thermique sans affecter la conductivité électrique ; une condition sine qua non pour obtenir de meilleures performances. “Notre matériau nanostructuré à base de tellurure de bismuth présente une efficacité 40 % supérieure en conditions expérimentales à température ambiante, annonce Christelle Navone. Nous développons aussi deux autres matériaux brevetés : un composé nanostructuré à base de magnésium et une matrice de silicium-germanium contenant des nano-inclusions de siliciures métalliques. Pour ces deux derniers, nos simulations annoncent une efficacité jusqu'à deux fois plus élevée”. Elément important : aucun d'entre eux ne contient de plomb, désormais interdit par la réglementation européenne. Mais encore faut-il savoir intégrer ces nouveaux matériaux au sein de modules thermoélectriques fonctionnels pour divers usages. Un savoir-faire qui fait également partie des compétences du LITEN ; l'institut est l'un des pionniers dans la technologie par impression qui pourrait, par exemple, servir à la mise au point en grande quantité, et à faible coût, de modules destinés aux serveurs informatiques. Il maîtrise aussi la technologie “bulk” adaptée aux matériaux massifs pour des applications nécessitant des modules à forte puissance comme dans l'automobile. Enfin, il travaille sur la technologie “films minces”, plutôt adaptée aux circuits intégrés en microélectronique.
