La dissipation thermique est le processus par lequel la chaleur générée par un système (ou un appareil) est évacuée pour maintenir une température optimale de fonctionnement. Cette dissipation thermique est incontournable dans les applications industrielles puisqu’elle permet d’éviter les surchauffes et assure la fiabilité des équipements. Il existe actuellement sur le marché différentes solutions de dissipation thermique. En effet, les dissipateurs de chaleur, les ventilateurs ou encore les plaques froides sont couramment utilisés pour gérer la dissipation thermique dans divers secteurs tels que l’électronique, l’automobile et l’industrie manufacturière. Plus d’explications à travers notre article.
Dissipation thermique : définition
La dissipation thermique est le processus par lequel un système ou un dispositif évacue la chaleur générée lors de son fonctionnement afin de maintenir une température stable et d’éviter une surchauffe.
La dissipation thermique peut se produire par plusieurs mécanismes :
- Par conduction thermique, soit le transfert de chaleur à travers un matériau solide, liquide ou gazeux. À titre d’exemple, lorsque vous chauffez chauffez une extrémité d’une barre métallique et que la chaleur se propage progressivement à l’autre extrémité, on parle de conduction thermique.
- Par convection thermique, soit le transfert de chaleur par le mouvement de fluides (liquides ou gaz). Ainsi, lorsque l’air chaud monte et que l’air froid descend dans une pièce, il y a un transfert de chaleur par convection.
Cette dissipation thermique est essentielle à la fois pour le bon fonctionnement et la longévité des composants électroniques, des machines, des moteurs et des systèmes qui génèrent de la chaleur pendant leur utilisation.
Ainsi, il n’est pas rare d’utiliser :
- Des dissipateurs thermiques ou des ventilateurs pour refroidir des processeurs, des cartes graphiques, etc.
- Des liquides de refroidissement dans l’industrie automobile pour une sécurité maximale.
- Des systèmes de refroidissement avec des serveurs ou dans des centres de données pour éviter les pannes.
- Des dissipateurs thermiques, des ventilateurs pour évacuer la chaleur et maintenir les performances des smartphones, des ordinateurs portables et des consoles de jeux.
L’importance de la dissipation thermique dans les applications industrielles
Prévention des défaillances
La surchauffe est souvent l’une des principales causes de défaillance des composants électroniques et mécaniques. Lorsque la chaleur générée par un dispositif n’est pas correctement dissipée, la température interne augmente. Dès lors :
- Des éléments peuvent fondre ou se déformer sous l’effet de la chaleur excessive, entraînant des courts-circuits.
- Certains matériaux peuvent se dégrader ou perdre leurs propriétés physiques et chimiques, compromettant l’intégrité des composants.
- Des pannes de composants peuvent survenir.
Amélioration des performances
Les performances des dispositifs électroniques sont souvent directement liées à leur capacité à rester à une température optimale. À titre d’exemple, les processeurs peuvent réduire leur fréquence d’horloge (mesure de la rapidité d’un processeur) pour éviter la surchauffe, ce qui diminue les performances. Un refroidissement efficace permet de maintenir des vitesses de traitement élevées.
De la même manière, une bonne dissipation thermique permet d’éviter les fluctuations de température qui peuvent provoquer des erreurs dans le fonctionnement des systèmes.
Augmentation de la durée de vie des appareils
La durée de vie des composants est fortement influencée par la température à laquelle ils fonctionnent. Les cycles de chauffage et de refroidissement peuvent provoquer une fatigue des matériaux, entraîner des fissures ou des déformations avec le temps.
Par ailleurs, les températures élevées accélèrent les processus d’oxydation, ce qui peut corroder les composants métalliques et réduire leur durée de vie.
Plus de sécurité
La gestion de la chaleur est également une question de sécurité. Une surchauffe excessive peut provoquer des incendies, en particulier dans les environnements où des matériaux inflammables sont présents.
C’est pourquoi les systèmes de dissipation thermique contribuent à protéger les utilisateurs et les opérateurs des risques liés aux températures élevées.
Meilleure efficacité énergétique
Autre point important, un système bien refroidi est plus efficace d’un point de vue énergétique. La chaleur non dissipée représente une perte d’énergie souvent conséquente. En gérant efficacement la dissipation thermique, il est possible de réduire ces pertes.
Les différentes solutions qui existent pour la dissiper la chaleur
Les dissipateurs thermiques
Les dissipateurs thermiques ont des dispositifs passifs conçus pour évacuer la chaleur d’un composant chaud vers l’air ambiant. Ils sont faits de matériaux à haute conductivité thermique, comme l’aluminium ou le cuivre.
Les dissipateurs thermiques offrent certains avantages :
- Ils sont faciles à installer et à utiliser.
- Ils sont très efficaces pour évacuer la chaleur des composants.
En revanche, ils peuvent ne pas être suffisants pour des composants à haute puissance thermique. Dans ce cas, il est nécessaire de les compléter avec d’autres solutions de refroidissement, comme des ventilateurs ou des systèmes de refroidissement liquide.
Les interfaces thermiques
Les interfaces thermiques (pâtes thermiques, pads thermiques, etc.) sont des matériaux placés entre un composant et un dissipateur thermique pour améliorer la conductivité thermique entre eux. Elles comblent les irrégularités et les vides microscopiques parfois présents entre les surfaces de contact. Ces éléments assurent une meilleure transmission de la chaleur.
En parallèle, elles :
- Réduisent la résistance thermique entre le composant et le dissipateur, augmentant ainsi l’efficacité de la dissipation.
- Sont relativement simples à appliquer et à remplacer.
Cela étant, certaines pâtes thermiques peuvent se dégrader ou se dessécher avec le temps, nécessitant un remplacement périodique. Enfin, la qualité et les propriétés thermiques des interfaces peuvent varier considérablement selon les fabricants.
Les modules à effet Peltier
Les modules à effet Peltier utilisent un phénomène thermoélectrique pour transférer la chaleur d’un côté du module à l’autre lorsqu’un courant électrique les traverse. Cela crée une différence de température, avec un côté devenant très froid et l’autre très chaud.
Les modules à effet Peltier :
- Sont capables de fournir un refroidissement bien en dessous de la température ambiante.
- Permettent un contrôle précis de la température en ajustant le courant électrique.
- Sont disponibles en une grande variété de dimensions et de puissances.
En revanche, ils peuvent être inefficaces énergétiquement, consommant beaucoup d’énergie pour le refroidissement généré. Enfin, ils nécessitent l’utilisation de dissipateurs pour évacuer les calories pompées. L’utilisation d’interfaces thermiques est également recommandée pour maximiser l’efficacité thermique et assurer la tenue mécanique.
Les plaques froides
Les plaques froides sont des dispositifs de refroidissement qui utilisent des fluides pour évacuer la chaleur des composants. Le fluide circule à travers des canaux ou des tubes intégrés dans la plaque, absorbant la chaleur et la transportant vers un radiateur ou un échangeur de chaleur distant où elle est dissipée.
Les plaques froides :
- Sont très efficaces pour évacuer de grandes quantités de chaleur, particulièrement dans des environnements où l’espace est limité.
- Permettent une distribution uniforme de la chaleur sur une large surface.
En revanche, ils peuvent nécessiter un entretien régulier pour éviter les fuites ou les obstructions dans le système de fluides.
Chacune de ces solutions de dissipation thermique a ses propres avantages et limites, et le choix de la solution dépendra des besoins du système à refroidir, de la puissance thermique à évacuer, des contraintes d’espace, de votre budget, etc. Vous avez besoin de conseils à ce sujet ? N’hésitez pas à contacter l’équipe de Compelma pour obtenir des conseils personnalisés.