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

En temps normal, et quelque soit le type de chauffage, l’air chaud est moins dense que l’air froid, en conséquence de quoi il monte, stagne au niveau du plafond et vous n’en profitez pas beaucoup. Avec un ventilateur, l’air chaud au dessus du poêle est mélangé avec le reste de l’air et on obtient de l’air tiède partout dans la pièce et augmentant nettement le confort. De plus, ça vous évite d’avoir à chauffer comme un malade et fait donc 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 premièrement ça peut faire du bruit, et deuxièmement le ventilateur 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. Quand ce dernier est chaud, la chaleur remonte le socle, alimente un petit moteur et fait tourner le ventilateur.

L’objet de l’article est de décrire le fonctionnement de ces ventilateurs : comment un truc sans piles et sans branchements peut faire tourner un ventilateur électrique ?

Transformer la chaleur en mouvement ?

Dans ces appareils, c’est directement la chaleur du poêle qui provoque la mise en rotation du ventilateur. Il n’y a pas de pile ni de branchement à faire. 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.

Avec un moteur de Stirling

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. Dans l’industrie, il en existe même qui produisent du courant électrique avec la chaleur obtenue par un concentrateur solaire.

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

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, au delà d’une limite.

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

Avec un moteur au Nitinol

Une deuxième méthode possible serait d’utiliser un moteur au Nitinol, comme celui présenté dans mon article sur le Nitinol. Il s’agit d’utiliser les propriétés de mémoire de forme du Nitinol, un alliage nickel-titane.

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.

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 et qu’il faut surveiller le niveau de liquide en bas.

C’est donc possible, mais pas l’idéal non plus.

Avec un module Peltier

La dernière méthode utilise un composant électronique 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)

Ce module, quand on l’alimente voit une face se réchauffer et l’autre se refroidir. Le plus souvent, c’est le côté froid qui est mis à profit (le côté chaud est alors ventilé) : c’est avec ça que fonctionnent les mini-frigos USB ou les réfrigérateurs de camping.

Ces modules ont une autre particularité : au lieu de produire du chaud et du froid quand on l’alimente, il est possible de faire l’inverse, à savoir réchauffer un côté et refroidir l’autre pour produire un courant électrique !

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 du vide 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.

La source du fonctionnement du module Peltier est un peu compliquée, je vous invite à lire mon article qui l’explique plus en détail : produire de l’électricité avec de la chaleur : comment fonctionne un module Peltier.

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 (ils sont totalement dénués de mécanique) se cache en réalité un concentré de physique : on peut y voir de la thermodynamique, des semi-conducteurs, de la physique des matériaux, mais aussi de l’électromagnétisme et de l’électricité dans le moteur, sans oublier la dynamique des fluides pour le ventilateur.

Certains modèles utilisent même une lame métallique sous le socle qui soulève la base quand la chaleur est trop grande (permettant alors de ventiler le socle et de réduire l’échauffement). Ceci est possible grâce à un bilame : une lame de métal qui se courbe sous l’effet de la chaleur, un système qui était autrefois utilisé pour faire fonctionner… les clignotants de voitures !

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 ». Perso je l’ai découvert sur Amazon, où on en trouve de plusieurs formes avec un seul ventilateur, ou avec deux ventilateurs, et de plusieurs formes, couleur et factures différentes.

Quant au moteur de Stirling miniature, pour ceux qui marchent avec la chaleur d’une tasse de café, c’est par ici, et ceux qui tournent directement sur la main (mais beaucoup plus cher) c’est ou .

image d’en-tête : travail personnel.

1 commentaire

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Le Hollandais Volant wrote:

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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