On trouve dans le commerce (liens en bas de l’article) des ventilateurs pour poêles à bois conçus pour améliorer le réchauffement de votre maison. Le principe est de ventiler l’air chaud dans toute la pièce, de manière à mieux en profiter et même faire jusqu’à 30 % d’économies (annoncées) :
N’importe quel ventilateur fonctionnerait pour faire cela, mais ils font du bruit et consomment 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 le poêle et la chaleur le fait tourner tout seul, sans piles ni branchement !
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 lui-même alimente le ventilateur : la source d’énergie est donc 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
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. Le moteur de Stirling est un système thermodynamique très élégant et intéressant, mais d’un point de vue pratique, il peut produire du bruit et comme tout dispositif mécanique, il est sujet à l’usure.
J’ai un article dédié sur le moteur de Stirling et son fonctionnement : le moteur de Stirling miniature.
Pour faire court, c’est un moteur thermique à combustion externe (alors que le moteur thermique de votre voiture est à combustion interne). Certains modèles miniatures 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, et il est employé dans certains sous-marins.
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.
Avec un moteur au Nitinol
Une deuxième méthode possible serait d’utiliser un moteur au Nitinol, un alliage nickel-titane à mémoire de forme. Je présente cet alliage et ce moteur dans mon article sur le Nitinol. L’idée est d’utiliser quelque chose comme ça :
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. Ceci peut fonctionner de façon circulaire et on obtient un effet rotatif. 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 pour poêle utilisent autre chose.
Avec un module Peltier
La dernière méthode utilise un composant électrique appelé un « module Peltier ». Il s’agit d’un composant électrique qui prend généralement la forme d’une plaque de 5 cm × 5 cm et de quelques millimètres d’épaisseur :
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 électriquement, voit une face se réchauffer et l’autre se refroidir. On peut aussi faire l’inverse : refroidir un côté, réchauffer l’autre côté et on obtient un courant électrique !
Ce système est utilisé dans les sondes spatiales lorsque des panneaux solaires ne peuvent pas être utilisés. Une source au plutonium (naturellement chaude) réchauffe un côté. L’autre côté est exposé au froid sidéral. Le module produit alors un courant électrique. On parle de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (GTR).
Ces mêmes modules Peltier — 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 peur alors alimenter le moteur électrique d’un ventilateur.
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 à aspirer de l’air frais pour refroidir l’autre face du module Peltier.
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 qui n’était 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 :
- avec un seul ventilateur
- avec deux ventilateurs
- avec 6 pales et plus grande
- de plusieurs formes, couleur…
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.
