Mon ventilateur pour poêle.
On trouve dans le commerce (liens en bas de l’article) des ventilateurs pour poêles à bois censés améliorer le réchauffement de votre maison.

Le principe est de ventiler l’air chaud dans toute la pièce au lieu de la laisser s’élever au plafond où vous n’en profitez pas beaucoup. Le dispositif vous permet donc de chauffer moins et de faire des économies (jusqu’à 30 % selon les sources) :

Avantage d’un ventilateur.
Le ventilateur distribue l’air chaud dans toute la pièce. (image)

N’importe quel ventilateur fonctionne pour faire ça, mais ça peut faire du bruit, et ça consomme du courant. Avec les ventilateurs présenté ici, il n’y a rien à brancher : il s’agit juste d’un socle à poser directement sur un poêle et la chaleur le fait tourner tout seul !

L’objet de cet l’article est de décrire le fonctionnement de ces ventilateurs mystérieux : comment un appareil sans piles peut faire tourner un ventilateur électrique ?

Transformer la chaleur en mouvement ?

Dans les ventilateurs pour poêles, la chaleur du poêle fait tourner le ventilateur. Il n’y a pas rien à brancher : la source d’énergie est le poêle lui-même. Je connais 3 méthodes pour obtenir ça de façon aussi compacte : le moteur de Stirling, le moteur au Nitinol et le module Peltier. L’une d’elle est utilisée ici.

Avec un moteur de Stirling

J’ai un article dédié sur le moteur de Stirling, son fonctionnement et tout le reste : le moteur de Stirling miniature.

La première méthode est le moteur de Stirling : c’est un moteur thermique qui se met à tourner quand on réchauffe une de ses faces. Certains modèles tournent rien qu’avec la chaleur de la main, d’autres fonctionnent au dessus d’une tasse de café (voir les liens dans l’article dédié). Dans l’industrie, il en existe même qui produisent du courant électrique avec la chaleur obtenue par un concentrateur solaire.

Le principal avantage de ce système est le bon rendement : l’énergie thermique est directement utilisé, sans passer par un moteur électrique. L’inconvénient c’est qu’il ne tourne pas très vite et que chauffer davantage ne le forcera pas à tourner plus vite.

Bien qu’il existe des ventilateurs de poêle utilisant un moteur de Stirling (à des fins de démonstration plus que d’utilisation), ce n’est pas ce système qui est utilisé ici.

Avec un moteur au Nitinol

Une deuxième méthode possible serait d’utiliser un moteur au Nitinol, un alliage nickel-titane. Je présente cet alliage et ce moteur dans mon article sur le Nitinol. Il s’agit dans ce cas d’utiliser les propriétés de mémoire de forme du Nitinol. L’idée est d’utiliser quelque chose comme ça :

Un petit moteur au Nitinol. (vidéo de @Physicsfun)

Le Nitinol, ici bouclé et donc courbée, tend à se raidir sous l’effet de la chaleur. De ce fait, quand il est trempé dans de l’eau chaude, il tire sur le fil. Si on initie le moteur en le faisant tourner, le fil plonge dans l’eau chaude et se raidit d’un côté et sort puis se relâche de l’autre. Ceci permet d’avoir un côté de la boucle qui est tirée en bas et l’autre tirée vers le haut, ce qui suffit à faire tourner la boucle et la roue. L’énergie primaire provient de la chaleur de l’eau chaude.

On pourrait utiliser ce système pour faire tourner notre ventilateur. L’idéal serait de mettre un petit réservoir d’eau pour améliorer la conduction thermique. Le problème de ce système est que cela ajoute pas mal de pièces tournantes, et donc de l’usure et du bruit. De plus, il faut surveiller le niveau de liquide en bas.

Le ventilateurs utilisent autre chose.

Avec un module Peltier

La dernière méthode utilise un composant électrique appelé un « module Peltier ». Il s’agit généralement d’une plaque de 5 cm × 5 cm et de quelques millimètres d’épaisseur :

Un module Peltier
Un module Peltier. (image)

Le fonctionnement même du module Peltier utilise les semi-conducteurs et un phénomène de transport d’entropie. Je vous invite à lire mon article qui l’explique en détail : comment fonctionne un module Peltier ?

Ce module, quand on l’alimente voit une face se réchauffer et l’autre se refroidir. On peut aussi faire l’inverse : produire du courant quand on réchauffe un côté et refroidit l’autre !

Ce système est par exemple utilisé dans les sondes spatiales lorsque des panneaux solaires ne peuvent pas être utilisés. Une source au plutonium (naturellement et continuellement chaude) réchauffe un côté. L’autre côté est exposé au froid sidéral. Le module produit alors un courant électrique continu.

Ces mêmes modules — sans le plutonium — sont utilisés dans les ventilateurs pour poêles. La chaleur du poêle réchauffe le côté chaud et l’air de la pièce suffit à refroidir le côté froid. La différence de température est suffisante pour produire un courant électrique qui alimente alors le ventilateur électrique.

Ce système a l’avantage d’être très silencieux et totalement autonome : dès que le poêle est chaud, la chaleur commence à réchauffer le socle puis un côté du module Peltier. Quand le courant produit par le module est suffisant, le ventilateur se met à tourner, brasser de l’air chaud et à réchauffer votre pièce de façon efficace.
Le ventilateur sert également en aspirer de l’air frais pour refroidir l’autre face du module Peltier (sans quoi les deux faces finissent à la même température et il ne produit plus de courant).

Conclusion

Les ventilateurs pour poêle sont rempli de sciences.

Sous leur apparence magique se cache en réalité un concentré de physique à base de thermodynamique, de semi-conducteurs, de physique des matériaux, mais aussi de l’électromagnétisme et de l’électricité dans le moteur, sans oublier la dynamique des fluides pour le ventilateur.

Bref, ce genre de gadget est un de ces trucs que j’aime : il fonctionne de façon passive et autonome, est joli à voir, ne consomme rien et en plus il est utile car il réchauffe la maison et fait faire des économies. Parfait pour l’hiver qui s’en vient.

Liens

Pour ma part j’ai fabriqué le miens (photo d’en-tête) d’après un concept existant mais plus commercialisé (voir le premier commentaire sous l’article), mais on peut en trouver en ligne. Il suffit de chercher « ventilateur pour poêle ».

On en trouve sur Amazon de plusieurs formes :

Quant au moteur de Stirling miniature, pour ceux qui marchent avec la chaleur d’une tasse de café, c’est par ici chez Amazon ; pour ceux qui tournent directement sur la main (mais beaucoup plus cher) c’est sur stirlingengine.co.uk ou chez The American Stirling Company.

Amusez-vous !

image d’en-tête : travail personnel.

10 commentaires

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Le Hollandais Volant écrit :

Concernant le modèle que j’ai fait…

J’ai vu divers modèles, mais aucun n’était assez compact et joli pour ma collection… jusqu’à ce modèle.

Malheureusement, je n’ai jamais eu de réponse suite à mes e-mails et vu que leur dernier post de blog date de 2016, je pense qu’ils ont fermé boutique depuis bien longtemps.
De ce que j’ai lu sur le site, ils utilisent uniquement du matériel de récupération. J’ai donc voulu faire pareil.

Les pièces détachées.

Initialement, pour ma part, je cherchais plus à obtenir un petit objet de déco qui puisse tourner lentement et paisiblement qu’un véritable ventilateur fonctionnel. Idéalement, j’aurais voulu pouvoir faire tourner le ventilateur sur la chaleur de ma main, mais la tension délivrée par un module Peltier sur la main est bien trop faible pour n’importe quel moteur électrique que j’ai pu tester.

Mon modèle est finalement assez sensible pour tourner sur une tasse d’eau tiède ou une box internet en fonctionnement ou sur un glaçon (en sens inverse).

Concernant le matériel :
— Le module Peltier, on en trouve sur eBay pour pas cher. Le mien provient cependant d’un petit déshumidificateur de salon. Des quelques modules que j’avais, c’est celui qui produisait le plus de puissance sous une certaine différence de température.

— Le refroidissement (la partie en cuivre) n’est autre qu’un refroidisseur de PC Zalman CNPS9500. Ils ne sont plus fabriqués depuis 2006, mais on peut encore les trouver d’occasion ou neuf à certains endroits (Amazon US ou sur des sites de revente).

— Pour le moteur…
Étant donnée que le module Peltier ne délivre que du courant continu et que le moteur du ventilo Zalman est de type DC sans-balais (donc deux fils + un fil de commande) il faut le remplacer.

Le module Peltier que j’ai peut fournir un maximum de 12 V et 5 A (soit 65 W) quand il est fortement chauffé d’un côté et correctement refroidit de l’autre. En pratique, je n’obtiendrais jamais ça (ce n’est pas prévu).

Dans mes conditions (main chaude, ou surface chaude d’un PC), je n’obtiens que 0,5 V et 0,2 A (sans charge derrière). C’est peu. Très peu, même.

Néanmoins, j’arrive à obtenir d’un petit moteur de drône (moteur du Blade Nano-QX, un tout petit drône d’intérieur de 18 grammes) qu’il tourne, même monté avec les pâles d’origine (qui est très lourd pour un si petit moteur). Il tourne, et c’est joli, mais ne produit pas réellement de vent.

— Un petit socle en alu (70×70×5 mm, percé de 4 trous de 2mm avec des lamages adaptées aux vis fournis avec le Zalman.
Le Zalman est bien conçu : la base fait pile la taille d’un module Peltier.
Il ne me manquait en effet qu’un petit bloc d’alu (ou de cuivre) qui permette de maintenir le module Peltier en sandwich contre le Zalman. Bien-sûr, le module Peltier est tartiné de pâte thermique.

À l’usage

Il convient de faire gaffe ici : le moteur est tout petit et le ventilateur est assez gros. Si le courant envoyé dans le moteur est trop important et que le ventillo l’empêche (par inertie ou par résistance) de tourner assez vite, le moteur risque de crâmer et il faut le changer.

Ce montage est donc réservé pour de faibles différences de chaleur. Ce n’est pas un truc à poser sur un poêle chaud de 300 degrés.

ÉDIT :
Peu après la rédaction de ce commentaire (avant la publication de l’article), j’ai acquis un second Zalman. Même chose, j’ai retiré le moteur/ventilateur d’origine car c’est un moteur DC sans balais à commande (3 bornes).

Je l’ai remplacé par le moteur de ce petit refroidisseur USB, qui est globalement la même chose, mais avec deux bornes (+ et −).

Il a besoin de beaucoup plus de puissance pour fonctionner que le moteur de drône : ce moteur làl ne démarre qu’à partir de 2,5 V (obtenu en chauffant la base du module Peltier à 100 °C avec une bougie chauffe plat et en refroidissant l’autre côté avec le Zalman ventilé.

Comme avec les ventilateurs commerciaux, j’arrive ici à faire en sorte que le ventilateur alimenté par le module Peltier suffit pour refroidir le Zalman (ce qui est le but recherché).

Reste à essayer maintenant l’ensemble sur un poêle à 200~300 degrés.

Il faut surtout faire en sorte que le module Peltier ne grille pas. Aussi, faites toujours en sorte de garder le Zalman sous les 200 °C, et de ne *jamais* le monter au dessus de 230 °C. Les tubes caloporteurs du Zalman sont scellés à l’étain, qui est un métal qui fond à 232 °C. Si la température monte au delà, il fond, les tubes se vident de leur fluide caloporteur et l’ensemble ne fonctionnera plus : le Zalman sera alors mort.

En pratique, le ventilateur assure un refroidissement de la surface froide du module. Le module, à son tour, grâce à ce refroidissement, fournit une tension suffisante pour faire tourner le ventilateur.

Si le ventilateur est arrêté, le module n’est plus refroidit, la tension baisse et il n’est plus possible de démarrer le ventilo. Le système est donc bloqué. Si ça arrive, retirez l’ensemble de la poêle au plus vite et laissez refroidir.

Assurez-vous que votre module Peltier puisse supporter tout ça. Au besoin, réduisez le contact direct entre le ventilateur et la poêle, en utilisant dissipateur thermique également comme base, ou en utilisant un socle ou une pièce métallique plus imposante pour la base.

Pour conclure
Dans tous les cas, bien que j’ai la grande satisfaction d’avoir un objet scientifique de ma propre facture qui fonctionne (même deux objets), je doute qu’ils soient aussi efficients que les modèles du commerce.

Si vous aimez bricoler, faites comme moi, si vous voulez réaliser des économies de chauffage, prenez-en un tout fait.

Par contre, notez que ceux du commerce ne fonctionneront pas sur des chauffages électriques : ils ne montent pas assez haut. C’est vraiment pour des chauffages à bois ou copeaux.

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Lizon écrit :

Bonjour
Et pour les cheminées ouvertes ne serait il pas possible de concevoir un ventilo sur un principe similaire qui se placerait devant le feu pour renvoyer la chaleur dans la pièce?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Lizon : Salut !

Il en existe pour fixer sur les tuyaux de poêles à bois : https://amzn.to/3o0ecIj

Pour pouvoir en mettre dans les cheminées ouvertes, il faudrait un caloduc (élément conducteur de chaleur) dont une parti prenne la chaleur dans le feu et dont l’autre partie sert de plan de pose pour le ventilo.
Par contre il faut faire gaffe : si la cheminée est ouverte, on a vite fait de ventiler toute la fumée de la cheminée dans la pièce. Je ne sais pas si c’est une bonne idée.

Il serait plus judicieux de mettre une grille en métal épais devant et de laisser chauffer ça afin de profiter de la chaleur rayonnante.

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oeil2loup écrit :

Typiquement le genre de gadget que j'adore :)
Je connaissais l'effet Peltier mais je ne connaissais pas le moteur au Nitinol c'est impressionnant !!

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Philippe-to écrit :

Bonjour
Je réfléchis à mettre un ventilateur dans la hotte de ma cheminée pour diriger l’air chaud vers la gaine qui dessert une bouche à l’étage. J’ai essayé avec un moteur vendu à Leroy Merlin mais vraiment trop bruyant du fait de l’aspiration de 400m3 heure. Le moteur était dans les combles et on entend vraiment trop l’aspiration dans le salon. D’où mon idée de mettre un ventilateur qui fonctionne à la chaleur. Auriez vous une piste sur un modèle qui supporte de telles températures ?
Merci

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Le Hollandais Volant écrit :

@Philippe-to : salut,

Il existe des ventilateurs pour poêle qui se fixent sur un tuyau de cheminée. Certains ont effectivement des limitations de température, mais si ta cheminée est trop chaude, tu peux la mettre sur un support entre le ventilateur et le tuyau, de telle sorte que le support limite l'apport en chaleur au mécanisme du ventilateur.

Il faut cependant un apport d'air frais (ou du moins ambiant) pour refroidir le haut du ventilateur.

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Philippe-to écrit :

@Le Hollandais Volant :
Bonjour et merci pour le commentaire
Si je comprends bien ces ventilateurs ne fonctionnent pas dans un espace isolé de la pièce (même si la hotte n’est pas vraiment étanche) ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Philippe-to : Si si, ils peuvent fonctionner partout, du moment que l’espace est suffisant, mais il faut aussi que de l’air circule un minimum.
Comme tous les moteurs thermique, il faut une source de chaleur (ton tuyau de cheminée) mais aussi une source d’air plus frais (l’air ambiant). Sinon il fonctionne moins bien.

Si votre configuration ne permet pas ça, il sera préférable d’utiliser un ventilateur électrique.

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Yohan M écrit :

Bonjour,

Un post en cour sur ce sujet ! Trop bien !

Je suis utilisateur depuis des années de ce système.
C'est marrant comme cela fait son petit effet sur les invités.

Plus sérieusement, je suis entrain de remettre en état le pépère de 5 ans qui m'a lâcher l'année dernière.

Puis je avoir de l'aide ici ?

Je me posais aussi la question de la réelle efficacité de ces systèmes (testés méthodiquement).

J'ai trouvé cela :
Plutôt positif : https://www.youtube.com/watch?v=z58LoWPsPw4
Plutôt négatif : https://www.youtube.com/watch?v=DmtNLC_DBqo

Je lis souvent que la différence dans la dissipation de la chaleur n'est pas énorme...
Vous auriez des données à apporter ?

J'ai l'impression que selon les modèles les choses peuvent être très différentes...
https://www.youtube.com/watch?v=IpgTf0HTHk0

L'idée me plait énormément. Je vis surtout au rez de chaussée d'une petite maison de 30m² au sol avec la cuisine et deux chambres au dessus.
Le plafond de la cuisine ou plancher des chambres est un vieux parquets magnifique mais bien ajourés.
Tout la chaleur monte à travers les lames rapidement.
Peut être une isolation un jour, mais c'est pas d'actualité... C'est surement le plus intelligent pour garder la chaleur en bas...

Je souhaite casser la remontée avec ce petit objet... Cela n'a jamais été très probant pour moi... Peut être le modéle...
Le mien ressemble beaucoup à cela : https://www.amazon.fr/Ventilateur-aliment%C3%A9-chaleur-br%C3%BBleur-b%C3%BBches/dp/B077VG3759/ref=sr_1_8?keywords=stove+fan&qid=1639125933&sr=8-8

Vu que celui ci est en panne, j'ai essayé avec un ventilateur 220v en métal en attendant.
Lui il souffle dur au moins. On ressent la soufflerie beaucoup plus qu'avec nos petits ventilateur à module peltier.
Lorsque que nous ne sommes pas dans la piéce, je trouve cela pas bête mais il consomme (un peu) d'éléc du réseaux et créer un flux d'air important.

Il faut vraiment que je fasse des tests... pour vois la différence.

Pour remettre le pépère en marche, je vais devoir tester le petit moteur et l'effet peltier...
Je me demande aussi comment vérifier que les ailettes sont à leurs bonne place...
Je sais que si l'hélice est abimé, le flux n'en sera que plus ridicule...

Est ce que vous pouvez m'aider en m'indiquant comment réaliser ces taches...

Désolé pour les fautes et la syntaxe; j'ai arrêter au bac...

Merci d'avance

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galex-713 écrit :

aaah mais du coup le ventilo des réchauds à bois BioLite que je cite dans ton autre post sur les modules peltiers choisit enft une solution ultra classique ! mais du coup les pertes dues à la conversion sont largement compensée par la puissance supplémentaire qu’un module peltier choppe comparé à un moteur stirling ou nitinol ?

https://couleur-science.eu/index.php?d=8d149a--produire-du-froid-avec-lelectronique-comment-fonctionne-un-module-peltier


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