Caloduc

Les multiples ailettes en aluminium évacuent la chaleur des caloducs (tuyauterie). Il s'agit ici d'un ventirad haut de gamme (Cooler Master V8)

Dissipateur thermique de processeur d'ordinateur avec caloduc et ventilateur

Caloduc, du latin calor « chaleur » et de ductus « conduite », désigne des éléments conducteurs de chaleur. Appelé heat pipe en anglais (signifiant littéralement « tuyau de chaleur »), un caloduc est destiné à transporter la chaleur grâce au principe du transfert thermique par transition de phase d'un fluide (chaleur latente).

Principe de base

Principe d'un Caloduc capillaire

Principe d'un Caloduc gravitaire

Un caloduc se présente sous la forme d’une enceinte hermétique qui renferme un fluide en équilibre avec sa phase gazeuse et sa phase liquide, en absence de tout autre gaz.
À un bout du caloduc, celui près de l'élément à refroidir, le liquide chauffe et se vaporise en emmagasinant de l'énergie provenant de la chaleur émise par cet élément. Ce gaz se diffuse alors dans le caloduc jusqu'au niveau d'un dissipateur thermique (ou d'un autre système de refroidissement) où il sera refroidi, jusqu'à ce qu'il se condense pour redevenir à nouveau un liquide, et céder de l'énergie à l'air ambiant sous forme de chaleur.
Le liquide doit alors retourner à son point de départ, mais la gravité n'est pas toujours utilisable (par exemple à cause de la position du caloduc), et on préfère utiliser la capillarité. Pour cela on fait notamment appel à des structures composées de mailles (appelées screen mesh wicks en anglais) ou de poudres métalliques frittées. Il est également possible de réaliser des rainures à l'intérieur du tube constituant le caloduc. Une manière récente d'améliorer encore davantage la vitesse et la force de capillarité des caloducs sur de courtes distances est l'utilisation d'une mousse métallique.

Lorsqu'ils sont correctement dimensionnés, les caloducs offrent une conductivité thermique bien plus élevée que les métaux usuels (cuivre et aluminium), ce qui les rend supérieurs à la simple conduction. Dans certains cas favorables, ils permettent de se passer de ventilation.

Domaines d'applications

Ils sont utilisés depuis plusieurs années dans des domaines très variés comme le ferroviaire, l’aérospatial, sur des composants électroniques de logique et d'électronique de puissance. Ils sont aussi beaucoup utilisés dans les capteurs solaires à tube en verre pour la production d'eau chaude (sanitaire ou chauffage).Introduits au centre d'une sorte de "bouteille thermos", leur extrémité chaude est en contact avec l'eau qui circule dans le circuit capteur-serpentin du ballon. Les caloducs sont également utilisés pour le refroidissement des satellites, notamment de télécommunications, en l'absence d'atmosphère empêchant la ventilation, les caloducs transfèrent la chaleur des équipements situés à l'intérieur du satellite vers les parois où elle est évacuée par rayonnement

Récemment, l’utilisation de dissipateurs à caloducs s'est démocratisée dans les domaines du refroidissement de microprocesseurs pour micro-ordinateurs, dans le cadre d'aircooling. Les caloducs sont de plus en plus présents, sur beaucoup des nouveaux ventirads milieu et haut de gamme.

Histoire

Le principe du caloduc a été découvert dans les années 1930, mais aucun usage industriel n'avait été trouvé. En 1963, au laboratoire de Los Alamos, grâce aux travaux du physicien George Grover^[1], une application de ce principe fut mise au point : le premier caloduc. Celui-ci était composé d'un tube de 19 mm de diamètre et de 900 mm de longueur, et de sodium pour le fluide caloporteur. Il fonctionna à une température d'environ 827°C avec une puissance de chauffe de 1 kW^[2].

Notes et références de l'article

1. ↑ (en) Karen Freeman, « George M. Grover, 81, Inventor Of Popular Heat Transfer Device », The New York Times, 3 novembre 1996, consulté le 28 avril 2008
2. ↑ (en) http://web.archive.org/web/20060427022314/http://www.lanl.gov/orgs/esa/epe/Heat_Pipe_Site/ancient.shtml et (en) http://www.qdt-waermerohrtauscher.com/framee.html.

Voir aussi

Articles connexes

• Ventirad

Liens et documents externes

• (en) Heat pipe selection guide [PDF]
• (fr) http://www.presence-pc.com/tests/Les-ventirads-heatpipe-Aerocool-et-TTIC-102/2/ Fonctionnement d'un caloduc
• (fr) Fabricant de mousse métallique décrivant son utilisation dans les caloducs