Brevet FR2695462A1 — publié le 19940311

GEXERATEUR TgERMO-ELECTRIQUE UR HERMO - EL E C7RIQ UE La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant l'exploitation et la transformation de l'énergie thermique d'une source ou d'un gisement quelconque quelque soit son niveau de température. Les deux caractéristiques principales de ce dispositif sont de A/ Permettre la tranformation directe de l'énergie thermique en énergie électrique par un système statique avec tous les avantages de simplicité et de fiabilité qu'implique la suppression de dispositifs mécaniques mobiles. B/ Permettre la transformation intégrale de l'énergie thermique puisée par la combinaison de deux circuits thermoélectrique qui forment un ensemble monothermique. Deux champs d'exploitation immédiats se présentent 1/ Exploitation et transformation de l'énergie latente contenue dans tout gisement, telle que l'énergie calorique latente considérable contenue dans l'eau des océans, des lacs et des rivières. 2/ Réalisation de systèmes énergétiques avec un rendement thermodynamique théorique voisin de l'unité. Il existe deux sources d'énergie naturelles, gratuites, écologiques et inépuisables, qui par leur volume et par leur large répartition sont de nature à régler définitivement le problème de la suffisance énergétique. Il s'agit du rayonnement solaire incident, et de l'énergie latente contenue dans l'eau des océans des lacs et des rivières, qui constitue une sorte de stockage de l'énergie solaire. Le second principe de la thermodynamique indique que les machines transformatrices de l'énergie thermique doivent fonctionner entre une source chaude ou elles recoivent cette énergie du milieu extérieur, et une source froide ou elles cèdent une partinévitable d'énergie reçue non transformée. Il ne suffit donc pas d'avoir une source énergétique chaude, encore faut-il disposer d'une capacité froide afin de faire fonctionner tout dispositif thermodynamique selon un cycle. Selon ce principe aucun dispositif ne saurait fonctionner avec une source unique ( système monothermique ), et conséquemment le rendement thermodynamique est d'autant plus grand que la différence de température entre la source chaude et la source froide est importante. Dans le cas du gisement solaire on parvient assez facilement à obtenir sur les capteurs une température supérieur à la température ambiante qui constitue une source froide et disposer ainsi de la différence de température nécéssaire, mais sa valeur est relativement faible. On a alors recours à des dispositifs de concentration du rayonnement pour élever la température de la source chaude, mais ces dispositifs sont couteaux. Outre l'intermittence des jours et des nuits et Z'incertitude due à la nébulosité qui imposent des systèmes de stockage, le mauvais rendement des installations de petite puissance et donc le cout élevé de l'energie produite limitent le developpement de l'énergie solaire. En ce qui concerne l'énergie latente des océans, on sait faire fonctionner une installation en utilisant la différence de température existant entre les eaux de surface et les eaux de profondeur, qui est de l'ordre de la vingtaine de degrés, mais le rendement thermodynamique de telles instaZ- Zations est très médiocre ( environ 0,07% ). D'autre part cette opération qui nécéssite d'aller chercher l'eau froide à plusieurs centaines de mètres de profondeur, ne peut pas etre réalisée dans la plupart des lacs, et la totalité des rivières. Ainsi donc à en croire le postulat du second principe de sla thermodynamique, la réseve énergétique la plus grande et de loin la plus avantageuse semblait définitivement hors de portée pour l'humanité. La présente invention démontre que cette vision des choses etait péssimiste et qu'elle découlait d'une généralisation abusive des implications du second principe. Le système proposé ici est effectivement monothermique, et conséquemment son rendement thermodynamique est proche de l'unité, il permet donc une exploitation avantageuse des deux plus grandes sources d'énergie disponibles. Le principe de l'invention est basé sur : A/ L' utilisation des effets thermo-électriques PELTIER et SEEBECK pour le captage et la transformation de l'énergie thermique en électricité. B/ L'utilisation d'un dispositif échangeur-concentrateur de rayonnement électro-magnétique ayant pour effet un transfert d'énergie d'un corps d'une température donnée vers un corps d'une température supérieure. Ce dispositif tel qu'il est présenté ici constitue un perfectionnement du dispositif décrit dans la demande de brevet N 91 04531 du 12 avril 1991 et de la demande de brevet internationale FCT/FR92/00325 du 13avril 1992 L'invention implique la contestation de l'universalité du second principe de la thermodynamique, et partant de la généralisation de son application.C'est pourquoi on trouvera préalablement à la description de l'invention, à titre d'information un préambule scientifique faisant état de l'acceptation scientifique du moment, des raisons de la contestation, démontrant le bien fondé de l'invention, et établissant le nouveau concept scientifique sur lequel est basé l'invention. Les figures 1, 2, 3, 4, sont des schémas de principe permettant de comprendre pas à pas le fonctionnement du circuit thermo-électrique. Les figures 5, 6, 7, 8, 9, 10, sont des schémas de principe permettant de comprendre pas à pas le fonctionnement de l'échangeur-concentrateur. La figure Il représente en coupe, une réalisation préférentielle de Z'éehangeur-eoneentrateur pouvant etre utilisé séparément. Les figures 12, 13, sont des schémas de principe permettant de comprendre l'assemblage du circuit thermo-électrique et de l'échangeur-concentrateur La figure 14 est le schéma génêral de l'invention. Figure 15, coupe d'une réalisation préférentielle de l'invention Figures 16, 17, 18, exemples d'application. PREAMBULE A l'époque de CARNOT ( énoncé du second principe en 1824 ) on considérait que la chaleur était un phénomène du au passage dans la matière d'un fluide impondérable que Z'on appelait le " calorique ". Partant de cette idée, CARNOT en concluait qu'il fallait bien à l'instar des machines hydrauliques, qu'ilyait une entrée et une sortie pour que la circulation de fluide calorique puisse se faire. Il propose alors une loi selon laquelle toute machine thermique doit fonctionner entre une source chaude ou elle reçoit des calories, et une source froide ou irremédiablement elle en cède.A l'époque ou CARNOT formule ainsi sa loi, ce qu'il dit est " vrai " dans le sens ou il y a une adéquation totale entre sa loi et son objet. Toute machine thermodynamique respectant cette condition fonctionnait. Plus tard dans d'autres préoccupations, le concept du calorique dut etre abandonné, la loi de carnot demeurait bonne dans ses applications mais pas dans sa justification. Par la suite,iZ y eu autant d';énoncés que d'objets poursuivis, au point qu'on a aujourd'hui quelques difficultés à admettre que tous ces énoncés parlent réellement de la même chose. Désormais les loi de la thermodynamique découlent pour l'essentiel des premier et deuxième principe. Le terme principe indique qu'apres plusieurs decennies ces axiomes n'ont toujours pas pu etre formellement démontrés, même si leur bien fondé a pu presque toujours etre vérifié par la pratique. Cette particularité de loi indémontrable laisse entrevoir que Si l'ambition d'une généralisation universelle semble inaccessible, c'est peut-etre tout simplement qu'il convient d'en restreindre le champs d'application aux machines thermodynamiques, de regarder ce qui dans leur constitution est responsable -de la reproduction des mêmes phénomènes. D'autre part ces lois pas d'avantage que toute autre n'ont vocation à l'éternité, et il fallait bien s'attendre qu'un jour ou l'autre elles deviennent insatisfaisantes. Mais il se trouve que loin de ne concerner seules machines thermiques, les lois de la thermodynamique ont été généralisées à tout le domaine de la physique. Elles servent de base à un édifice impressionnant de théories, dont certaines tentent de rendre compte de l'univers tout entier. On comprend alors la réticence qu'il y a à admettre qu'il puisse y avoir la moindre fissure dans l'édifice. C'est pourquoi aujourd'hui toute contestation prend une allure dramatique, seulement force est de constater qu'ajourd'hui le second principe est pris en défaut et ce, dans des dispositifs existants et fonctionnants. Il existe de nombreuses raisons de conteSter le second principe dans sa généralisation, mais qui sortent du cadre de cette description. Nous allons ici nous contenter de montrer que dans le domaine des machines thermiques, le second principe est " relatif " au fonctionnement de certaines machines , mais n'a pas vocation à prédire les obligations ou la fatalité de la chaleur dont une définition satisfaisante est encore à ce jour en attente. Dans son ouvrage "Réflexion sur la puissance motrice du feu ", CARNOT dit Pour envisager dans toute sa généralité le principe de production du mouvement par le feu, il faut le concevoir indépendemment de tout mécanisme ". Or c'est bien la que se situe tout le problème, car en dehors de tout mécanisme, la thermodynamique ne signifie tout simplement rien. Nous pouvons bien comprendre d'entrée de jeu et en dehors de tout cadre des notions comme : trop, assez, beaucoup, peu, etc... et on constate qu'il ne s'agit pas d'objets concrets, mais à quoi peut bien correspondre en dehors de tout mécanisme " compression adiabatique " ou échauffement isobare " ? En réalité on se rend compte que déja au niveau élémentaire, ni mouvement, ni chaleur, ne peuvent se concevoir en dehors de tout mécanisme, et cela par la définition même des termes mécanisme et chaleur. Mécanisme ici doit etre compris dans son sens le plus large à savoir : agencement de pièces pour produire un mouvement. Sans les pièces en mouvement, il n'y a pas de mouvement. De la meme façon sans les particules en mouvement il n'y a pas de chaleur. Ce que CARNOT appelle mécanisme est en fait un ensemble supérieur manufacturé qui indu déja un mécanisme naturel dont le mouvement est appelé " chaleur ". Que ce mécanisme soit d'origine naturelle ne change rien à l'affaire En réalité la chaleur n'existe que dans des mécanismes. Son concept est fondamentalement établi sur un état d'un matériau qui la " réalise ". Son universalité n'est qu'une " idée ", mais n'a pas de réalité physique même si des formulations mathématiques permettent d'admettre pour le calcul de telles abstractions. La difficulté réside dans le fait que la chaleur continue d'etre concue comme un élément cernable et quantifiable en soi, et c'est bien ce qu'indique l'expression " quantité de chaleur ", constemment utilisée en thermodynamique. On constate cependant que des quantités pourtant mesurées egales de chaleur, revètent des formes et ont des caracteristiques physiques très diverses. C'est d'ailleurs dans une tentative de rendre compte de ce paradoxe que vont naitre les concepts d'énergie dégradée et d'entropie. On comprend bien qu'édicter une loi sur la transmission de la chaleur , n'est rien d'autre en définitive que de décrire le fonctionnement d'un ou de plusieurs mécanismes particuliers, et qu'a partir de Zà, rien n'autorise d'en extrapoler une loi générale d'vne évolution fatale de l'énergie. Le plus surprenant dans toute cette affaire, c'est que les thermiciens du monde entier calculent quotidiennement des problèmes tels que : " rayonnement réciproque entre deux plans paraZèZZes. Si les deux plans sont à des températures différentes, ce qui est évidemment le cas le plus général, le terme " réciproque " suffit à lui tout seul à infirmer la généralisation du second principe. En effet la formule donnant la valeur du ftux échangé entre deux surfaces 1 et 2 aux températures Ti etT2 est : L'établissement de cette formule part des rayonnements réciproques ", c'ést à dire A/ La limite du rayonnement émis de 1, absorbé par 2, puis réémis vers 1, et ainsi de suite. B/ La limite du rayonnement émis de 2, absorbé par 1, puis réemis vers 2, et ainsi de suite. On voit que le rayonnement qui provoque la chaleur passe indistinctement d'une surface chaude à une surface froide, ou d'une surface froide à une surface chaude, et que le passage global final de la chaleur de la surface chaude à la surface froide est un phénomène " résultant ", un bilan du à la différence initiale des quantités de calories, et c'est d'ailleurs ce que traduit le facteur ( Tî 4 - T24 ). Il est d'ailleurs remarquable que pour l'équilibre de chaque surface : 1/ L'expression du flux émis #=##T4 ne tient aucun compte de sa réception future par une surface quelconque fut-eZZe plus chaude que la surface émettrice. 2/ L'expression du flux absorbé : &alpha;# ne tient aucun compte de la température de la surface absorbante fut-eZZe plus chaude que la surface émettrice. On constate donc qu'aucune interdiction de principe ne rend impossible le passage même spontané d'énergie d'une surface froide vers une surface chaude et que seul le bilan des échanges est " orienté ". Cette orientation ne peut pas etre une qualité de la chauleur elle-même, puisqu'on l'a vu, son expression n'a pas de conditions de réception. On comprend dès lors que cette condition est spécifique au dispositif. L'exemple précédent des deux plans paralèlles constitue " déja " un dispositif, la loi d'échange de chaleur citée est la loi adaptée à ce dispositif.On verra plus loin ( et c'est le principe même de l'invention ) qu'un dispositif composé de deux plans de surfaces différentes entre lesquels est intercalé un système concentrateur de rayonnement permet d'inverser le bilan de l'échange. La loi de transmission se trouve donc modifiée et adaptée à ce nouveau dispositif. En tout état de cause le problème épistémologique repose sur la définition du terme " chaleur " et de son étendue. En l'état actuel de la théorie mécanique de la chaleur, on admet que la température d'un corps est une manifestation due au mouvement des molécules ou des atomes constitutifs de ce corps, mouvement que Z'on appelle communément agitation thermique. il apparait selon cette théorie, que l'énergie calorique contenue dans un corps est la somme des énergies cinétiques des différentes particules. Toute augmentation ou diminution de l'énergie correspond donc à une augmentation ou une diminution de 1w quantité de mouvement des particules. Ce concept de la chaleur est très insatisfaisant car il soulève plus de questions qu'il ne résout de problèmes. La transmission de chaleur donc d'énergie cinétique, se fait nous dit-on d'une particule à l'autre par " chocs élastiques ". Cette vision permet bien sur d'expliquer un sens préférentiel de passage de la chaleur, puisqu'une molécule d'une énergie donnée ne saurait communiquer à toute autre une vitesse supérieure à la sienne. Mais on demeure malgré tout perplexe quand à la réalité physique de ces chocs élastiques. Voudrait-on nous dire qu'il y a effectivement collision entre les molécules. Que peut bien signifier une collision d'atomes avec leurs cortèges d'électrons et qui maintiendrait malgré tout l'intègrité des molécules en question ? Comment concilier la nécessaire liberté de mouvement des molécules à l'intérieur d'un solide pour la transmission de l'énergie cinétique, et ce qui visiblement les maintient en place puisque le solide conserve sa cohésion ? On peut toujours imaginer l'existance de forces de proximité évitant un choc effectif, et des forces inter-moléculaires garantissant la cohésion du solide, mais comment des Zors construire un modèle de transmission d'energie cinétique dans ces conditions. Dans le cas des structures cristalines il était évidemment difficile d'admettre des atomes baladeurs allant transmettre d'un coup de " boule " leur énergie aux atomes voisins, et revenant sagement à leurs places. Les physiciens nous proposent donc des atomes " exités ", c'est à dire en vibration de plus ou moins grande amplitude par rapport à leurs positions moyennes. Finis les chocs et les molécules autos tamponeuses, quelque chose d'autre, mais dont on ignore tout, transmet L'énergie de proche en proche. Il devient des lors bien délicat d'établir une raison et un sens préférentiel de la transmission.Cependant les manuels de thermodynamique continuent de présenter 3 modes de transmission de la chaleur A/ Par convection B/ Par conduction C/ Par rayonnement On admet assez vite que finalement convection et conduction sont de même nature. Mais peut-on parler de transmission de chaleur par rayonnement ? Selon la définition de la chaleur citée plus haut, evidemment non. On voit à quel point même à notre époque la vraie nature de la chaleur demeure floue. Et c'est pourtant sur ce flou que vont s'établir bien des théories. Ce qui frappe le plus le non spécialiste amené par la nécésité à la thermodynamique, et qui n'a pas bénéficié de l'enseignement rassurant de vérités pré-étabties, c'est de constater le nombre de principes non démontrés, et de concepts non définis qui en constituent les bases.Des développement savants, des formulations élaborées sont construits sur un vide total de définition.Peut-on parler d'énergie dégradée alors que le terme même d'énergie n'est déja pas défini ? En réalité force est de constater que des notions de base de la thermodynamique telles que : temps, chaleur, énergie, demeurent et semblent condamnées à demeurer plutot " intuitives ", ce qui implique que les lois qui tendent à rendre compte de leurs manifestations, et des conditions de leur mise en oeuvre, sont elles aussi logiquement " subjec tives". Cette subjectivité des lois de la thermodynamique et d'une manière plus générale des lois de la physique, est au centre d'un vaste débat.Mais ce point de vue n'est pas pret d'etre admis par les académistes, persuadés qu'ils sont d'avoir percé les secrets de l'univers et de pouvoir dès lors affirmer ses obligations et ses interdictions. C'est pourtant bien la subjectivité qui est à L'origine de la fréquente identification qui est faite entre le phénomène de rayonnement infra-rouge et sa " matérialisation sous forme de mouvement de particules ( selon la théorie ) que constitue la chaleur. Il est vrai que nos sens ne nous permettent pas de différencier Z'un de l'autre. Seulement le rayonnement infra-rouge n'est pas le lieu de phénomènes d'énergie cinétique, donc la condition de transmission de la " chaleur " du chaud vers le froid ne le concerne pas. L'anthropomorphisme qui est à l'origine de Z'identification entre chaleur et infra-rouge, a eu pour cause essentielle une généralisation totalement abusive du second principe qui en réalité ne doit s'appliquer qu'a des systèmes d'echange de chaleur " stricto sensu ", c'est ci dire des systèmes d'échange par conduction. Cette généralisation s'est faite d'autant plus facilement que depuis l'époque de CARNOT jusqu'à nos jours l'esseentiel des échanges de chaleur dans les machines thermodynamiques se fait par conduction, et semble constemment confirmer ce postulat. La matérialisation cinétique de l'énergie mesurée par la température vérifie certaines formulations du deuxième principe. Il faudrait donc réserver l'expression " transmission de chaleur " à la seule transmission par conduction ( ou convection ) parce que le phénomène de transmission est alors homogène au phénomène de température mouvement de particules ). A l'opposé la température d'un rayonnement en dehors de tout corps matériel pour la réaliser n'a aucune signification. Même si certains calculs théoriques permettent de dire la température d'un rayonnement, il s'agit de constructions intellectuelles permettant de définir la température d'un corps conventionnel qui emettrait un rayonnement identique au rayonnement mesuré.La température d'un rayonnement est irréelle. La conséquence est qu'un rayonnement ne peut transmettre de chaleur stricto sensu. Si donc il y a échange entre deux surfaces rayonnantes, on ne peut à proprement parler de transmission de chaleur par rayonnement. Même si l'énergie échangée . entre deux surfaces réalise sur chacune d'elle une température, l'échange proprement dit n'est pas calorique. En considérant le problème sous cet aspect, on se rend compte que ce type d'échange n'est même pas concerné par le deuxième principe. Au point ou nous en sommes nous avons le choix : A/ Soit admettre qu'un échange d'énergie sous forme de rayonnement électro-magnétique est une transmission de chaleur, et constater d'entrée de jeu que le second principe est pris en défaut dans ces systèmes. B/ Soit considèrer qu'il ne s'agit pas de transmission de chaleur et dans ce cas le second principe perd son caractère universel et sa prétention à prédire la fatalité de Z'energie, pour ne plus etre qu'une règle de fontionnement de dispositifs d'échange par conduction. La conséquence directe de tout cela c'est qu'un système de transmission mixte rayonnement-conduction n'a plus aucune imposition " globale " de circulation de la chaleur/énergie. C'est bien le cas des installations solaire à concentration qui quotidiennement transfèrent une énergie calorique d'une température de l'ordre de 3600K correspondant au rayonnement solaire incident au niveau du sol, vers Zes foyers des centrales qui sont à des températures bien supérieures, ce qui suffit en soi à infirmer le second principe. Seulement le poids des habitudes est tel que loin de reconnaitre cette simple évidence, certains spécialistes afin de sauver coute que coute le second principe, base sacrée de leur science, ont objecté que la température à prendre en compte n'était pas celle du rayonnement incident mais celle du soleil Zui-même. Il apparaitrait alors selon ces spécialistes l'impossibilité par des moyens de concentration d'obtenir une température supérieure à celle du soleil. Or cette dernière affirmation Zà encore à déjà été démentie par un système concret. L'expérience à été menée par le département de physique de l'institut Enrico FERMI, et l'université de CHICAGO. ( voir la revue NATURE voZ. 346 aout 1990 ) A l'aide d'un système de concentration à deux étages, ces chercheurs ont réussi à concentrer le flux solaire à une densité supérieure à celle du soleil lui-même, obtenant une densité de 72 W/mm2 contre 63 W/mm2 pour le soleil. Il s'agit bien sur d'un système statique ne mettant en oeuvre pour le transfert d'energie aucun travail. S'iZ s'etait trouvé un marériau capable de réaliser une telle température il y aurait bel et bien eu transfert de chaleur/énergie d'une surface J'une température donnée vers une surface d'une température supérieure.Le fait qu'aucun matériau actuellement connu ne puisse sUpporter une telle température ne change rien à la conclusion logique de cette expérience : le second principe n'est pas universel. L'objet de ce préambule est donc de montrer que l'invention décrite plus loin doit etre considèrée en elle-même et que les critiques éventuelles sur son fonctionnement et sur son bien fondé doivent concerner les propositions mécaniques faites ou les calculs établis, mais qu'en aucune façon sa logique ne peut etre mise en cause " par principe car on a vu toute la limite de l'application du second principe, au nom duquel toute proposition d'expZoitat-ion de L'énergie latente est réputée impossible depuis plus d'un sciècle et demi. Il sort du cadre de ce document de montrer les nombreuses autres contradictions impliquées par la généralisation du second principe. Cependant on sait désormais mettre en évidence la totale et inévitable subjectivité des lois de la physique en général et de la thermodynamique en particulier Au terme de cette démonstration on comprend l'antinomie fondamentale existant entre connaissance et objectivité, et entre loi et universel. L'univers dans son entier echappe à toute généralisation, le tout étant autre chose que la somme des parties. Le fait que l'univers dans son entier étant pourtant le siège de manifestations énergétiques ne comporte ni source chaude, ni source froide n'est pas la moindre preuve de la vanité de la tentative universelle. DESCRIPTION r CIRCUITS HERMO-ELECTRIQUES C'est le physicien allemand Thomas J. SEEBECK qui observa qu'une aiguille aimantée placée à proximité d'une des deux branches d'un circuit électrique fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, était déviée de son orientation initiale lorsque les deux points de jonction des conducteurs étaient portés à des températures différentes. Il nait donc dans un tel circuit une force électro- motrice dite force électrommotrice de SEEBECK lorsque le circuit se ferme sur une utilisation, et susceptible de développer une puissance électrique. Quelques années plus tard, le physicien français Jean charles PELTIER mit en évidence en 1834 l'effet réciproque à l'effet SEEBECK. PELTIER montra que la zone de jonction entre deux conducteurs de nature différente parcourue par un courant électrique était le siège d'un échange de chaleur avec le milieu extérieur. Le signe de la quantité de chaleur dépend du sens du courant, et la quantité est par unité de temps proportionnelle à l'intensité du courant. Il devenait alors possible d'opérer un transfert de chaleur en faisant circuler du courant électrique dans un circuit formé de deux conducteurs de nature différente, de la chaleur étant absorbée à une jonction, et cédée à l'autre jonction. Le principe est désormais utilisé dans de nombreux dispositifs de refroidissement thermo-électriques dans lesquels on peut dire que les électrons jouent le roZe de fluide frigorifique. L'utilisation des thermo-éZéments comme système de refroidissement demeure limitée car les systèmes de réfrigération par compression sont d'un rendement bien supérieur. La figure 1 représente le schéma d'un thermo-élément classique utilisé comme réfrigérateur. Les parties I et Il représentent les conducteurs métalliques de nature différente. On obtient de meilleurs résultats en utilisant des semiconducteurs dont Z'un est de type P et l'autre de type N. Les parties P du schéma sont des pièces de jonction métalliques favorisant l'échange de calories avec l'extérieur. Selon le sens du courant, on a une absorption de chaleur à une des jonctions qui a tendance à se refroidir et atteint à la limite la température TF. L'autre jonction quant à elle a tendance à se réchauffer pour atteindre à la limite la température T C en cédant de la chaleur au milieu extérieur. La figure 2 représente le schéma du même thermo-éZement utilisé cette fois en générateur. On soumet délibérément les deux jonctions du thermo-éZément à une différence de température. On échauffe une des jonctions en lui fournissant de la chaleur, jusqu a ce que sa température atteigne à la limite TC. De l'autre coté on extrait de la chaleur en provoquant un refroidissement de la jonction jusqu a la température limite TF. Un courant s 'établit dans le circuit, transformant la différence entre 1 'énergie thermique absorbée et l'énergie thermique rétrocèdée, en puissance électrique. Si maintenant les deux jonctions sont éloignées l'une de l'autre et reliées par des conducteurs homogènes selon chaque branche, on obtient un montage tel que représenté figure 3. Dans ce cas, le générateur de courant se trouve sur une branche entre deux jonctions. On a toujours selon le sens du courant absorption de chaleur à une jonction froide ,( TF ) et cession de chaleur à une jonction chaude ( TC ) On se trouve alors en présence d'une pompe à chaleur susceptible de puiser l'énergie d'une source ou d'un gisement quelconque à une température froide TF, et de rétrocèder cette energie à une température chaude Tc. De la même façon on peut obtenir un système générateur de courant avec le même montage tel que représenté figure 4. Dans ce cas le dispositif se comporte comme un générateur de courant qui absorbe la chaleur à une de ses jonctions à une température chaude Tj transforme une partie de l'énergie 5absorbée en énergie électrique, puis rétrocède la différence à une température froide TF. II ECHANGEUR-CONCENTRATEUR 1/ PRINCIPE Considérons un dispositif tel que représenté figure 5; il comporte deux surfaces rayonnant l'une vers l'autre à travers une enceinte sous vide. L'enceinte constitue un système optique tel que la totalité des rayonnements respectifs s'échangent sans perte d'une surface à l'autre, on a respectivement Surfaces Coefficient total d'émission E A Coefficient total d'absorption &alpha;FE &alpha;AA Coefficient total de réflexion PE PA Puissance rayonnée PE , PA Température TE, TA A l'équilibre on a :TE = TA Dans le cas de la figure 5, Considérons maintenant le système précédent modifié de manière telle que la surface SA soit plus petite que la surface Sg. Le système optique est toujours tel que l'intégralité du rayonnement émis et réfléchi d'une surface parvienne à 1 'autre. On a donc un phénomène de concentration du rayonneent issu de E vers A, et une dilution du rayonnement issu de A vers E, selon le schéma simplifié figure 6; on a :: PE =PA mais comme SE > SA on a Avec un système concentrateur de rayonnement intercalé entre les deux surfaces, on obtient à l'équilibre, une égalité logique des puissances, mais une différence de température entre les deux surfaces. On a : PE = ##ETE4SE PA Cs T45 PA = ##ATA4SA avec # = constante de STEPHAN Le rapport correspond au coefficient C de concentration du système optique, on a donc Le dispositif représenté figure # n'échange rien avec l'extérieur.On le modifie pour parvenir au dispositif figure 7 dans lequel les surfaces E et A echangent des eaZo- ries avec des fluides respectivement FE et FA Sur la base des températures précédemment obtenues pour E et A on injecte le fluide FE à une température TEF > TF telle que le bilan des échanges par radiation et par conduction entre le fluide et E se fasse positivement du fluide vers E, on pose TFE = #TE avec bien sur 1 La température TE tendra à augmenter -La puissance rayonnée PE Tendra à augmenter On obtiendra un nouvel équilibre dans lequel la puissan- ce calorique continuellement fournie par le fluide à E sera rayonnée de E vers A De la même façon on injecte le fluide FA à une température TFA TA = #TFA avec bien sur # > 1 La température de A tendra à diminuer La puissance rayonnée PA tendra à diminuer On aura donc un déséquilibre des puissances rayonnées PF > PA, qui se traduira en fait par un passage de l'énergie fournie au système par le fluide FE , et rétrocédée par le système au fluide FA Sous réserve d'un bon dimensionnement de l'installation on aboutit à la transformation de l'énergie calorique à une température donnée TFE en énergie calorique à une température TFA > TFE et cela sans fourniture de travail au système. Bien entendu il ne s'agit pas d'une transformation " spontanée ", et à ce titre le second principe est vérifié. On définit /3 comme le rapport de la puissance utile effectivement transferée, sur la puissance nominale du dispositif.. On comprend bien que plus /3 augmentera plus TA/TE diminuera EQUILIBRE ENERGETIQUE DE LÉEMETEUR E Puissance reçue du fluide, puissance utile Pu Puissance incidente en provenance de A : PIA Puissance réfléchie #EPIA Puissance absorbée de PIA : &alpha;EPIA Puissance rayonnée vers A : PP = ##ETF4SF à l'#equilibre on a EQUILIBRE ENERGETIQUE DE L'ABSORBEUR A Puissance incidente en provenance de E PIE Puissance réfléchie :PA P Puissance absorbée : PA =PIE = Puissance reemise vers E PRE = ##AT Puissance cédée au fluide . Pu à l'équilibre on a PIE = PA + PRA # PRE = PA - Pu PRE = &alpha; PIE - Pu PIE = PR + #PIA = PR + #(PRE + #PIE) = PR + #PRE + #PIM # PIE(I - #)=PR + #PRE PIE=(PR + #PRE) # (1 - #) PRE = &alpha; PIE - Pu = &alpha;;(PR + #PRE) # (1 - #) - Pu PRE(1 - #)=&alpha;(PR + #PRE) - Pu (1 - #) PRE(1 - # - &alpha;#) = &alpha;PR - Pu(1 + #)(1 - #) PRE&alpha; = &alpha;PR - Pu(1 + #)&alpha; Soit ss le rapport de la puissance utile Pu sur la puissance rayonnée par E : PR ss = = Pu / PR Pu = ss PR PRE = PR[1 - ss(1 + P)] d'autre part C = S1 / # # T# SA = ##T# SE[1 - ss(1 + #)] T# = T# C[1 - ss(1 + #)] d'autre part on a :TA = #TEA TFE = #TE En réalité il n'y a pas de concentrateur permettant de concentrer la totalité du rayonnement de la surface émettrice vers la surface absorbante. Dès lors qu'il y a concentration une partie du rayonnement de la surface émettrice lui revient fatalement.Pour un système concentrateur quelconque schématise figure d-, selon la loi de conservation de l'étendue, la formule donnant la valeur du facteur de concentration est C = - n2 Sin #2 nl Sin 91 dans laquelle n1 et n2 sont les indices de réfraction des milieu homogènes qui limitent le concentrateur, #1 est le demi-angle d'entrée du concentrateur, 92 est le demi-angZe de sortie.Dans le cas qui nous concerne nl = n2, on a donc C = Sin 92 Sin 81 On obtient la concentration maximale pour 62 = ce qui nous donne On voit que pour une concentration effective, C1, l'angle d'entrée est forcément inférieur aiz. Or le rayonnement d'un élément de surface quelconque de l'émetteur se fait selon l'angle solidefir. Une partie du rayonnement ne peut donc etre acceptée par le concentrateur et revient fatalement à l'émmeteur. La difficulté consiste à concevoir un système dans lequel la surface émettrice SE est telle que l'ensemble des rayons contenus dans l'angle d'entrée 291 du concentrateur et pénétrant par la surface S1 forment en S1 une densité de flux au moins égale à celle de la surface émettrice SE. L'autre difficulté consiste bien sur à retenir une forme de surface émettrice relativement simple en vue d'un développement industriel. La solution proposée dans l'invention est résumée par le schéma de principe figure 9, elle comprend 1/ Une surface émettrice en forme de dièdre E 2/ Un réflecteur-concentrateur du rayonnement lui aussi en forme de dièdre. 3/ Une surface réceptrice absorbante plane A l'ensemble fonctionnant de préférence dans une enceinte sous vide de manière à éviter les pertes par conduction. Les caractéristiques fonctionnelles principales sont A/ L'angle d'entrée du dièdre concentrateur est en rapport avec l'angle de sortie de 1 'émetteur. Une optimisation doit etre faite entre le facteur de concentration recherché qui définit l'angle d'entrée du concentrareur, et la possibilité d'obtenir un rapport de la surface d'émission totale SE à la surface d'émission apparente S1 au moins égale ou supérieure au rapport de l'angle total d'émission d'un élément de surface, à l'angle d'entrée du concentrateur Autrement dit B/ Les faces du concentrateur sont réfléchissantes. L'énergie calorique amenée par conduction à l'émetteur, à l'aide d'un fluide caloporteur par exemple, est transformée en énergie électromagnétique par rayonnement de la surface en dièdre dans le vide. Le rayonnement émis de E est alors concentré par le réflecteur-concentrateur C pour etre finalement reçu par la surface absorbante A. La densité de flux étant supérieure en A à la densité du flux d'émission de E, ce flux réalise en A une température supérieure à celle de E. Bien sur une partie du rayonnement émis de E est soit réfléchie, soit réabsorbée, mais si la condition de fonctionnement précisée par la formule précédente est respectée, on aura un transfert d'énergie d'un émetteur E d'une température donnée vers un absorbeur A d'une température supérieure. 2/ REALISATION Selon une réalisation de l'invention, L'metteur peut etre réalisé par plusieurs dièdres équivalents en surface d'émission à un dièdre unique, et ayant même angle de sortie tel que représenté figure 10. Selon une réalisation préférentielle de l'invention telle que représentée figure 11, un ensemble de dièdres émetteurs et concentrateurs peut etre réalisé en étoile, l'absorbeur est alors circulaire La solution de l'échangeur - concentrateur proposée figure I,permet une utilisation autonome de cette partie de l'invention dans des ensembles ou la seule fonction demandée à cette partie est d'opérer sans apport de travail par un dispositif extérieur, un transfert d'énergie d'un norps d'une température donnée vers un corps d'une température supérieure. Dans ce cas d'utilisation Z-échangeur-concentrateur comprend 1/ Une enveloppe extérieure calorifugée ou non, repére T, à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur provenance de la source ou du gisement et qui cède ses calories à la température TFE 2/ Un émetteur E faisant office d'élément d'échange thermique, il conporte les dièdres émetteurs sur sa face intérieure. L'émetteur peut etre ailetté sur sa face exé- rieure pour faciliter l'échange thermique avec le fluide caloporteur. A l'intérieur de l'émetteur est créé le vide. 3/ Un concentrateur en étoile repère C. Il s'agit d'un assemblage de feuilles minces métalliques ou non, réfléchissantes reliées en leurs extrèmités et dimensionnées de telle sorte quteZZe ne soient en contact ni avec l'émetteur ni avec l'absorbeur afin d'éviter les pertes par conduction. 4/ Un absorbeur qui reçoit le rayonnement concentré. Il est de préférence ailetté sur sa face intérieure de façon à faciliter l'échange avec le fluide caloporteur qui circule à l'intérieur à la température TEA. III ENSEMBLE GENERA TEUR THERMO-ELECTRIQ UE 1/ PRINCIPE Considérons maintenant un montage tel que représenté figure 12. Il est le résultat d'une combinaison des montages figure 3 et figure 4 et d'un échangeur concentrateur dont le principe vient d'etre décrit. Dans l'enceinte sous vide de l'échangeur - concentrateur on retrouve A/ La jonction chaude du circuit réfrigérant ( similaire à la figure 3 ) à la température TRC. B/ La jonction froide du circuit générateur ( similaire à la figure 4 ) à la température TGF Ces deux jonctions cèdent leurs calories par rayonnement infra-rouge dans l'enceinte sous vide. La somme des rayonnements effectivement transmis ( une partie du rayonnement revenant fatalement vers les surfaces émettrices ), est concentrée de manière à réaliser sur C/ La jonction chaude du circuit générateur la température TGC > TGF L'installation est dimenssionnée de telle sorte que TRC soit égale à TGF, , on a donc TRC = TGF Les calories sont absorbée à la source ou au gisement thermique à exploiter par la jonction froide du circuit réfrigérant à la température T RF Elles sont ensuite rétrocédées dans l'enceinte à la température TRC Soit PRA la puissance calorique absorbée à la jonction froide du circuit réfrigérant à la température TRF PM, la puissance électrique " motrice " fournie au circuit réfrigérant. PRC, la puissance cédée par le circuit réfrigérant dans l'enceinte à la température TRC En négligeant pour l'instant les pertes par effet joule et par conduction thermique, l'équilibre du système réfrigérant s'établit ainsi Puissance absorbée: PRA + PM Puissance cédée : PRC on a donc Soient PGC la puissance calorique absorbée à la jonction chaude par le circuit générateur. PG la puissance utile fournie par le générateur à l'extérieur. PGF la puissanve calorique cédée ala jonction froide par la circuit générateur. De même en négligeant pour l'instant les pertes par effet joule et par conduction, l'équilibre du système générateur s'établit ainsi Puissance absorbée : PGC Puissance cédée P G + P PGF on à donc D'autre part dans l'enceinte la puissance PGC est la somme des deux puissances cédées par les deux circuits, on a donc PCC = PRC + PCE PGC P, PGF PG = PRC La puissance PG développée par le système est égale à la puissance PRC cédée par le circuit réfrigérant dans l'enceinte. La puissance PGF ntintervient que pour le calcul de la puissance nominale du concentrateur. on a donc : La condition de rentabilité de l'opération c'est que malgré les pertes diverses P G demeure supérieur à P . La solution intégrée proposée et décrite plus loin permet de réduire au maximum les différentes pertes. On verra qu'il est toujours possible de dimensionner l'instalation de façon à ce que cette condition soit remplie. Dès lors que la condition de rentabilité est remplie, il est encore possible de simplifier le dispositif, tel que représenté figure 13. L'instalation représentée figure 13 est calculée de telle sorte que A/ Les calories cédées par le circuit réfrigérant, B/ Les calories cédées par le circuit générateur, le soient à la même température. On a donc : TRC = TGF De cette façon les deux jonctions ont pu etre unifiées. La puissance cédée par la nouvelle jonction commune est égale à la somme des deux puissances cédées par les deux circuits et a pour valeur D'autre part la réunion des deux jonctions permet d'établir désormais un seul circuit parcouru par le courant la puissance " motrice " nécéssaire à l'élement réfrigérant étant directement fournie par l'élément générateur. Les puissances mises en oeuvre dans le nouveau circuit sont donc. PRA puissance absorbée de la source ou du gisement. PGC puissance absorbée à la source chaude ( c'est à dire désormais celle qui reçoit le rayonnement concentré ). PG puissance totale développée par la partie génératrice du circuit. P M puissance motrice absorbée nécéssaire à la partie réfrigérante du circuit. PRC + PGE la puissance totale cédée par le circuit ( en entrée du concentrateur cl En admettant comme convention de signe + pour toutes les puissances absorbées par le circuit de l'extérieur, - pour toutes les puissances cédées par le circuit vers l'extérieur, on a PRA + PGC - (PRC + PGE) - PG + PM = 0 comme PGC PRC + PGF on a : PRA - PG + PM M = 0 Les éléments du circuit étant électriquement en série, la puissance P M necésaire au " pompage " des calories est finalement prélevée sur la puissance totale P G développée par le générateur. La différence constitue la puissance effective Peff , on a : PRA = PG - PM donc La puissance effective Peff est logiquement égale à la puissance PRA absorbée de la source ou du gisement. Les puissances électriques mises en jeu PM et P G étant proportionnelles à l'écart de température des deux sources la première condition de fonctionnement est que PG > PM donc (TGC - TGE) > (TGE -TRE) D'autre part les pertes par effet joule se faisant au détriment de la puissance éffective Peff ss l'autre condition de fonctionnement est que la somme de toutes les pertes Pp soit inférieure à la puissance effective Peff Pp Comme la puissance Peff dépend de al différence de température (TGC ~TGF), cette différence de température dépendant elle-même du facteur de concentration de l'échangeur-concentrateur, le calcul revient donc à dimensionner l'échangeur-concentrateur en particulier le coéfficient de concentration de façon à obtenir relation dans laquelle PU est la puissance utile du générateur. 2/ REALISATION La figure 14 représente un schéma type de l'invention qui comporte A/ Un absorbeur A,à l'intérieur circule le fluide caloporteur en provenance de la source ou du gisement. B/ Une jonction d'absorption froide R F dans laquelle le courant circulant de l'élément de type I à l'élément de type Il provoque une absorption de calories du fluide caloporteur. C/ Un echangeur-concentrateur EC constitué par une enceinte sous vide à l'intérieur de laquelle sont situes D/ Une jonction de cession de calories GF , dans laquelle le courant circulant de l'élément de type Il à l'élément de type I provoque une cession de calories par rayonnement électro-magnétique dans l'enceinte sous vide. E/ Un concentrateur optique C qui concentre le rayonnement issu de GF F/ Une jonction d'absorption chaude GC dans laquelle le courant circulant de l'élément de type I à l'élement de type Il provoque une absorption du rayonnement concentré issu de GF d'autre part : G/ Le raccordement de GF à RF est homogène à l'élément de type I H/ Le raccordement de G C à GF est homogène à l'élément de type Il Le raccordement de RF à GC est homogène à l'élément de type Il .Il devrait s'en suivre une cession parasite de chaleur au raccordement avec GC sur un élément de type I Mais ce phénomène est masqué par D'une part l'effet de " pompage " de la jonction GC elle-même dans la mesure ou le raccordement ne peut rien échanger avec l'extérieur. D'autre part le fait que la jonction GC recoit un rayonnement concentré provoquant sur elle-même une température supérieure à celle qu'elle serait susceptible d'émettre. J/ Le circuit se ferme sur une utilisation U entre GC et GF La figure 15 représente la coupe type d'une réalisation préférentielle de l'invention. Il s'agit en fait d'un développement sur la base de l'échangeur-concentrateur tel que décrit précédemment figure 11 . Il comprend 1/ Une enveloppe extérieure calorifugée ou non, repère T, à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur provenance de la source ou du gisement, et qui cède ses calories à la température TPE 2/ Une jonction d'absorption RF composée de deux éléments conducteurs de nature différente, ou deux éléments semiconducteurs respectivement de type N et de type P . Cette jonction absorbe l'énergie thermique du fluide par effet PELTIER. Dans l'enceinte que constitue la jonction est créé le vide. 3/ Une jonction émettrice GF dont Z'un des éléments comprend les dièdres émetteurs sur sa face intérieure. Cette jonction transforme l'énergie reçue de RF par effet PELTIER en rayonnement infra-rouge. 4/ Un concentrateur C composé de feuilles minces réfléchissantes disposées en étoile et reliées en leurs extrèmités. 5/ Une jonction qui absorbe l'énergie thermique en sortie de concentrateur par effet PELTIER. G/ Un ensemble de raccordements entre les différentes jonctions. Sur le raccordement entre GC et GF apparait la différence de potentiel par effet SEEBECK susceptible de produire dans l'utilisation U, une puissance électrique équivalente, aux différents rendements pres,à la puissance thermique absorbée par RF Dans cette solution, les éléments A ( absorbeur ) et EC ( échangeur-concentrateur ) du schéma de principe figure 14, ne forment qu'un seul et même appareil. La compacité de l'ensemble et la disposition des éléments, fait que les pertes par conduction ou par effet joule sont réduites au maximum. 3/ EXEMPLES D'INSTALLATIONS ET D'UTILISATIONS DE L'INVENTION A/ La disposition concentrique des éléments tels que représentés figure 15 permet d'installer avantageusement l'invention " en ligne " sur la conduite du fluide caloporteur. Le schéma fig 16 représente une installation type d'exploitation et de transformation # de l'énergie d'une source ou d'un gisement quelconque. A noter que le gisement peut etre geothermique, maréthermique, ou solaire etc... La source peut etre constituée par les eaux de refroidissement des centrales thermiques classiques ou nucléaires, ou par tout autre circuit de refroidissement d'installations industrielles quelconques. B/ La figure 17 représente l'utilisation de l'invention couplée à un générateur thermique à combustion. Ce type de générateur peut avantageusement etre installé sur certains appareils mobiles tels que les véhicules automobiles ou les locomotives, qui ne peuvent exploiter de gisements fixes. L'ensemble comporte: a/ Un groupe turbo-compresseur pour assurer l'alimentation en air de combustion b/ Un ensemble de combustion générateur de l'énergie thermique sous forme de gaz chaud. c/ Le générateur thermo-électrique proprement dit. d/ L'utilisation qui pourrait etre la transmission électrique d'un véhicule. On comprend tout de suite, la très grande simplicité, et rusticité de l'ensemble. C/ La figure 18 représente l'utilisation particulièrement favorable de l'invention pour la propulsion des navires. L'eau de mer du fait de sa salinité est très conductrice de l'électricité, et de ce fait, se prète bien pour l'utilisation de proputseurs magnéto-hydro-dynamique ( MHD ) L'eau conductrice pénetrant dans un conduit est accélèrée, par le jeu d'électrodes et d'électro-aimants, un peu à la manière de l'induit d'un moteur linéaire. La quantité de mouvement imprimée ainsi à l'eau produit une réaction propulsive. Le moteur est bien sur alimenté en énergie électrique. L'intéret de ce montage réside dans le fait que grace à l'invention l'énergie se trouve dans l'eau même de la propulsion.Ainsi le générateur et le moteur installé en ligne " sont traversés par le même courant d'eau, le moteur assurant en même temps que la propulsion le pompage de l'eau nécéssaire au générateur. L'ensemble d'une simpli cité sans égale, puisqu'il n'y a aucune pièce mécanique en mouvement, présente en plus l'avantage incommensurable de disposer d'une source d'énergie gratuite et permanente, l'eau de mer elle-même, et de permettre ainsi aux navires en plus des faibles couts d'exploitations, de disposer d'une autonomie totale et définitive. Enfin d'une manière générale l'invention permettra un nouveau type de développement économique, renonçant aux systèmes dits " d'échelle ", pour s'orienter vers un système de production locale et autonome d'énergie bon marché. NOTA : Il est nécéssaire pour le démarrage du thermo-générateur de disposer d'un " démarreur ", c'est à dire d'un appoint ponctuel d'énergie électrique pour amorcer le " pompage des calories. Les différents dispositifs très courants pour réaliser cette opération ne constituent pas l'objet de cette description. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'exploitation et de transformation de l'énergie thermique d'une source ou d'un gisement quelconque caractérisé par la réalisation, après concentration du rayonnement électro-magnétique émis par une surface à une température donnée, d'une température supérieure sur une surface réceptrice. 2/ Procédé de transformation directe de l'énergie thermique en électricité caractérisé par l'utilisation dans un même circuit thermo-électrique d'un effet PELTIER pour puiser les calories d'une source ou d'un gisement, et d'un effet SEEBECK pour la transformation des calories en électricité. 3/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les calories normalement cédées par la transformation SEEBECK sont récupérées dans le procédé de transformation selon la revendication 1. Le rendement thermodynamique théorique est donc égal à 1. 4/ Procédé selon les revendications 1, 2, 3, caractérisé par l'utilisation conjointe d'un système de concenÉtratiôn-de rayonnement électro-magnétique et d'un système de transformation thermo-électrique de l'énergie thermique en électricité, pour obtenir un système monothermique d'exploitation et de transformation de l'énergie thermique d'une source ou d'un gisement quelconque en électricité. 5/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'énergie électrique nécéssaire pour opérer la transformation PELTIER provient se la transformation SEEBECK développée sur le même circuit. 6/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la transformation PELTIER peut s'opérer à l'aide d'un circuit distinct du circuit générateur SEEBECK. Ce circuit réfrigérant devient alors un auxiliaire du circuit principal. 7/ Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 4; caractérisé par le fait qu'il comporte essentiellement a/ Un emetteur transformant l'énergie thermique reçue en rayonnement éZeetro-magnétique, cet emetteur constituant en même temps une jonction ( ou couple ) d'un circuit thermoélectrique. b/ Un concentrateur qui concentre le rayonnement émis. c/ Un absorbeur qui recoit le flux concentré, sur lequel se réalise une température supérieure à celle de l'émetteur, et qui constitue en même temps une jonction ( ou couple ) d'un circuit thermo-électrique. e/ Une enceinte qui contiens tous ces éléments. 8/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que l'enceinte est sous vide. 9/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que le concentrateur est constitué de surfaces réfléchissantes assemblées en dièdres ou ensembles de dièdres. 10/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que la surface emettrice de 1 'émetteur est en forme de dièdre ou d'ensemble de dièdres. 11/ Dispositif selon les revendications 7 et 9 caractérisé par le fait que les dièdres sont assemblés en étoile. 12/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que les jonctions ( ou couples ) sont fait de deux conducteurs de natures différentes, ou deux semi-conducteurs respectivement de type N et de type P.