Concevoir un waterchiller pour aquarium, avec des peltiers

L’eau d’un aquarium doit être à une température adaptée à ses occupants. Dans les pays tempérés, on installe souvent un chauffage pour augmenter la température de l’eau en hiver, mais ici aux Antilles, je rencontre le problème contraire : l’eau est trop chaude pour certains animaux ou certaines plantes. Pour refroidir l’eau, une solution simple est d’utiliser des ventilateurs qui soufflent sur la surface de l’eau, comme je l’ai fait par le passé, mais cette solution est limitée et ne peut permettre une baisse de température que de quelques degrés. Elle entraîne également une évaporation plus rapide. L’objectif de ce projet est d’utiliser une plaque à effet Peltier (ou plusieurs) pour générer du froid et ainsi pouvoir refroidir l’eau. La plaque Peltier est un composant électrique et peut donc facilement être contrôlée, et il est ainsi possible, avec une sonde de température, de réguler facilement la température souhaitée. Dans ce billet, je présenterai le projet et le concept général, et les solutions envisagées pour la mise en oeuvre.

Principe de la plaque Peltier

Plaque à effet Peltier (cc Chani tth)

Une plaque Peltier est un dispositif électrique qui génère une différence de température entre ses deux faces si on l’alimente en courant électrique. On nommera les deux faces “face froide” et “face chaude“. Le principe est que quand la plaque est alimentée, elle générera une différence de température entre les deux faces, par exemple de 30°C. Ainsi, si la face chaude est maintenue à 30°C, la face froide sera 30°C plus froide, donc à 0°C. Pour utiliser une plaque Peltier, il faudra donc également refroidir la face chaude, car sinon sa température s’élèvera considérablement, et la face froide ne sera pas particulièrement froide.

Le plan est donc d’utiliser un radiateur de processeur de PC pour refroidir la face chaude, afin de générer un froid conséquent sur l’autre face. A partir de là, un second échangeur thermique pourra refroidir ce que l’on souhaite.

Concevoir un waterchiller basé sur un peltier : l’échangeur thermique secondaire

Le concept du waterchiller sera donc d’avoir un système à base de Peltier, avec une plaque du même nom refroidie par un gros radiateur de PC (avec le ventilateur adapté), et sur la face froide un échangeur thermique dans lequel circule l’eau que l’on souhaite refroidir. Comme échangeur thermique, on utilisera donc un waterblock pour CPU.

Une autre solution serait d’appliquer la face froide du Peltier sur la vitre de l’aquarium. Cependant, j’ignore si l’effet serait efficace, et je crains qu’on obtienne de la glace au point de contact. Mais c’est une solution à essayer, car ce serait la plus simple. Je ferai des essais dans une cuve sans poissons (peut être en appliquant ceci sur la vitre du dessous de l’aquarium, le sol isolant les habitants de la partie réellement froide?).

Waterblock simple en cuivre (cc Bubus)

En attendant, le plan général est de refroidir l’eau qui circule dans le waterblock sur la face froide, et ainsi refroidir progressivement l’eau de l’aquarium. Toutefois, cette solution pose un problème : les waterblocks sont en cuivre ou en aluminium, et ces métaux sont toxiques pour les crustacés, et probablement pour d’autres types d’animaux. Il me faut donc une solution pour éviter cela.

Un troisième échangeur thermique?

L’idée sera alors de faire un double circuit : j’utilise le waterblock en cuivre pour refroidir un premier liquide, et ce liquide passe dans un second échangeur thermique fabriqué avec un matériau non toxique pour mes animaux.

Ok, le circuit commence à devenir un peu complexe! Le problème est de trouver un tel échangeur thermique. L’idéal serait un metal recouvert d’une couche protectrice, mais comment savoir si la couche est uniforme, si elle est bien faite, combien de temps celle ci durera? J’ai décidé de jouer la sécurité, et d’utiliser un matériau neutre : le verre. Après quelques recherches, j’ai trouvé des condenseurs en verre, de type graham, qui pourraient faire l’affaire.

J’en ai acheté 3 sur aliexpress, et ils sont bien arrivés, en parfait état :

Condenseurs graham de 200 et 300mm

Il y a un double circuit dans ces dispositifs : un circuit en spirale, que l’on peut voir à l’intérieur, et qui est relié aux extrémités gauche et droite du condenseur, et un second circuit, dont les entrées se situent de part et d’autre des tubes, et qui passe dans la chambre qui entoure la spirale centrale en verre. Le contenu des deux circuits n’est jamais en contact à aucun point. Mon plan est donc d’utiliser cette particularité pour permettre à l’eau “polluée” du circuit peltier de refroidir l’eau de l’aquarium qui circulera dans le second circuit.

Gros plan sur un condenseur graham de 200 mm

Bien sur, c’est un plan, donc il comporte sans doute des failles. En effet, la conductivité thermique du verre est plus de 70 fois moindre que celle de l’aluminium, et 300 fois moindre que celle du cuivre. Ce second échangeur ne sera donc peut être pas à la hauteur, car de plus il est pensé pour condenser de la vapeur, pas forcément pour des échanges thermiques comme je les prévois.

Mais je ferai l’expérience, et si ça ne fonctionne pas, j’ai de toutes façons une idée pour utiliser ces colonnes spiralées, avec des horloges à liquides (c’est la raison pour laquelle j’ai pris les deux petits : les minutes et les heures, le grand est pour l’aquarium).

Une autre possibilité serait d’avoir un petit bac en verre, dans lequel l’eau de l’aquarium passerait, et sur l’une des parois de celui ci se trouverait un ou plusieurs Peltiers. Ainsi, si de la glace se formait à cet endroit, ça n’aurait pas grande importance, puisque ce bac secondaire ne contiendrait pas d’animaux.

Il y a donc beaucoup à expérimenter, et si toutes les solutions envisagées sont viables, je ferai des tests pour trouver la plus efficace, soit en terme de rapidité de refroidissement, soit en terme d’efficacité énergétique (ou les deux).

La prochaine étape sera déjà de faire un système Peltier produisant efficacement du froid, ce que nous verrons dans le prochain billet de cette série.