La Dissipation
Le défi à relever consiste donc à dissiper une forte chaleur
produite de façon continue et très localisée… celle du processeur central de nos
machines. Aujourd’hui, sur tous les PC du marché, les microprocesseurs sont
surmontés en standard d’un dissipateur thermique, plus connu sous le nom de
radiateur. Ce dispositif simple permet en fait d’agrandir de façon substantielle la
surface présentée au caloporteur (ici l’air) ce qui améliorera l’efficacité
de la dissipation. Fixé sur la pièce à refroidir, il en prend la chaleur par conduction
thermique (échange d’énergie cinétique entre molécules), et l’évacue par la
négligeable radiation (rayonnement électromagnétique photonique, fig. de gauche) mais
surtout par convection naturelle ou forcée (transfert par mouvement de molécules fig. de
droite)
La nature électromagnétique du rayonnement de la radiation est en
fait la raison de la prédominance du noir dans la couleur du dissipateur. Les phonons mis en jeu dans le matériau sont dissipés par émission électromagnétique de photons (lumière). Même si aujourd’hui
cela n’a plus trop lieu d’être, il y’a une vingtaine d’années, dans
certains supercalculateurs on cherchait à éviter tout parasite dû à ce rayonnement
électromagnétique, et c’est pourquoi la plupart des dissipateurs furent anodisés
en noir pour mieux réabsorber ce rayonnement. Paradoxal, cette action à pour effet de
réchauffer comme vous l’aurez compris le dissipateur… mais la quantité de
chaleur évacuée par radiation est en fait totalement négligeable… et négligée.
Bien qu’un dissipateur passif n’est sensé employer
qu’une convection naturelle, on notera que de nombreux grands constructeurs comme
Dell ou Compaq se passent de ventilateur couplé directement au dissipateur qu’ils
utilisent en guidant le flux d’air dans l’unité centrale de façon à ce
qu’une convection forcée se produise tout de même.
L’efficacité
d’un tel système dépend principalement de deux facteurs : la surface
présentée au caloporteur et surtout la capacité du dissipateur à pomper la chaleur de
l’objet chaud, sa capacité à conduire celle-ci… sa conductivité. Et
c’est là qu’intervient le choix du matériau à employer. En effet tous les
matériaux sont loin d’avoir une conductivité équivalente. Comme nous le montre le
tableau ci-contre, on peut voir que le champion de la conductivité est, si l´on exclu le
diamant, l’argent… mais son prix est prohibitif et sa densité très importante.
Suivent le cuivre, l’or, et l’aluminium. Comme nous le savons tous ici, ce
dernier est le matériau le plus largement utilisé, mais pas le plus efficace. Il
constitue en effet un excellent compromis conductivité/légèreté/prix et c’est
pour cela qu’il est difficile de trouver aujourd’hui des dissipateurs employant
d’autres matériaux que l’aluminium. Cependant, devant l’augmentation du
dégagement calorifique des microprocesseurs d’aujourd’hui, certains fabricants
(Alpha Novatec le premier) introduirent une solution mixte alu/cuivre avec un insert de
cuivre en contact direct avec l’élément à refroidir permettant ainsi de
" pomper " plus rapidement la chaleur produite et de mieux la
répartir sur tout le dissipateur. Mais même ces dissipateurs, aussi efficaces soient
t´ils, n’arrivent plus à combler les Power Users et se révèlent surtout coûteux,
encombrants, lourds et bruyants (du fait de l´emploi de ventilateurs).
C’est pourquoi le refroidissement liquide semble se présenter
comme une alternative intéressante aux méthodes plus traditionnelles. La seule
différence entre refroidissements à air et à eau est le changement de caloporteur pour
un autre 300 fois plus dense. Cette seule et simple différence de densité moléculaire a
donc consécutivement pour effet d’améliorer proportionnellement le transport de
chaleur par convection forcée comme expliqué ci dessus.
