Le refroidissement PC, dans la pratique :
C’est bien beau la théorie, mais appliquée à ce qui nous intéresse, comment cela est transcrit sur les fiches techniques des composants et quels sont les principaux acteurs entrants en compte dans le refroidissement de nos chers PC (dans tous les sens du terme) ?
1 – Le TDP alias enveloppe thermique pour les puristes et la température de jonction
Pour nos cartes graphiques et processeurs, c’est l’enveloppe thermique (alias TDP en anglais pour Thermal Design Power) dont il faudra tenir compte pour le dimensionnement de son système de refroidissement. Cette valeur toujours en W représente la puissance qui sera dégagée par le composant lors de son fonctionnement normal (comprendre dans les spécifications du constructeur). Il n’y a souvent pas un seul TDP, mais au moins deux : un pour la puissance normale et un pour la puissance Boost de l’élément.
Dans tous les cas, peu importe le nombre de valeurs mentionnées dans la fiche technique, toujours prendre en considération la valeur la plus élevée.
Comme expliqué plus haut, il est bon de connaitre les températures de jonction (température maximale de mise en sécurité du dispositif) des composants. Cela permet d’avoir un point de repère lorsque l’on monitore les températures via les logiciels dédiés à cela (Afterburner, HWiNFO, Samsung Magician, CoreTemp, etc.).
2 – Les vecteurs de refroidissement : l’important c’est le Delta
Notre élément de refroidissement qu’il faudra prendre en compte dans tous les cas usuels, même en watercooling, ce sera l’air ambiant et notamment sa température. Et oui, que l’on soit en basique AIR COOLING ou en WATERCOOLING, dans tous les cas, ce sera le différentiel de température (delta) entre votre bloc refroidisseur (radiateur) et l’air le traversant qui déterminera son efficacité.
Vous avez d’ailleurs tous pu le constater, que cela soit avec des machines puissantes ou non, en été dans une pièce non climatisée à 25 ou 26 degrés, vos températures composants (système ou température du liquide) sont forcément plus élevés que lors des fraiches soirées d’hiver où nous avons des températures à 19 degrés comme notre président nous le recommande. Et oui, cette recommandation est pour le bien de nos PC ! (!joke).
Ce qu’il faut retenir dans tout système de refroidissement, c’est que les échanges de températures se font d’autant mieux que la différence de température entre les deux éléments est élevée. Si l’air ambiant est à 18° et que mon radiateur est à 30° alors, un transfert de chaleur X va se produire du radiateur vers l’air ambiant. Il va donc se refroidir.
Si mon air ambiant est à 25° et mon radiateur toujours à 30°, alors le transfert de chaleur Y va être bien moins important que X et je vais moins bien dissiper la chaleur et mon radiateur va stagner en température, voire monter.
Pour maximiser le transfert de chaleur dans l’air, on recommande de ce fait de créer un flux d’air (AIRFLOW) dans le boitier afin de forcer de l’air « frais » à entrer dans les parties à refroidir et expulser l’air « chaud » en dehors du boitier. Pour cela, on utilise des ventilateurs qui créent un différentiel de pression et donc un flux d’air. Sans rentrer dans le détail, le flux (noté en CFM ou m3 dans les caractéristiques techniques) sera influé par le profil des pales, sa taille, sa vitesse de rotation principalement. Également, respecter au maximum les lois de la physique : l’air chaud monte, l’air frais descend. Il faut faire attention au sens de montage de ses ventilateurs !
Vous l’aurez compris, il n’y a pas de formule magique, c’est la combinaison de l’ensemble des facteurs qui conduiront à un refroidissement efficace ou non.
L’air n’est pas forcément le meilleur transporteur de chaleur comme nous avons pu le voir dans la partie théorique, un autre élément bien connu et bien plus efficace peut être utilisé : l’eau. Et oui, l’eau est environ 30 fois plus caloporteuse que l’air sec. Pourquoi donc tous les éléments dégageant une chaleur importante ne sont pas sous watercooling (refroidissement par eau) ?
Il ne vous aura pas échappé que l’eau et l’électricité en électronique ne font pas bon ménage… Par conséquent, si on souhaite utiliser l’eau comme transporteur calorifique, il nous faut l’isoler dans un circuit. Ensuite, il faut également mettre l’eau en mouvement, il nous faut donc une pompe. Puis un moyen de diffuser la chaleur transportée : un radiateur. Puis un ventilateur pour forcer l’air à passer et ainsi de suite pour obtenir une boucle complète.
Le principal inconvénient va être le coût et la plus grande difficulté à mettre cette solution en œuvre. Même si depuis quelques années, des systèmes novateurs, plus simples et abordables ont été créés et mis à la disposition du grand public : les AiO (All in One / tout-en-un).
3 – L’avènement des radiateurs et autres dissipateurs thermiques pour PC
Le moyen le plus efficace d’un point de vue coût/efficacité pour un TDP faible reste le dissipateur dit « passif » (c’est-à-dire sans flux d’air forcé). C’est pour cela que sur la plupart des composants, vous retrouvez des pièces métalliques en contact avec les micropuces afin de permettre une dissipation passive de l’énergie. La tendance actuelle à l’augmentation massive de la consommation des composants rend la tâche plus compliquée et oblige les constructeurs à passer en système dit « actif » voir en refroidissement par eau. Ces procédés étaient auparavant réservés aux industries de pointe, mais sont désormais accessibles au grand public : Refroidissement effet pelletier, chiller et watercooling.
Il y a presque 20 ans, une carte graphique haut de gamme ne comportait qu’un simple radiateur surmonté parfois d’un tout petit ventilateur. On parlait alors d’un équivalent à 1 équerre d’occupation et 50w de consommation.
Aujourd’hui par exemple, une RTX 4090 a besoin d’un dissipateur sur 3 slots pesant à lui seul le poids d’un âne mort et avec une consommation atteignant les 450W voire plus encore selon les modèles.
Le parallèle est le même du côté des CPU et de l’ensemble des composants. Les RAM possèdent désormais pour la grande majorité des radiateurs, les SSD (notamment les plus récents en NVMe) sont également concernés. Sur les SSD ne bénéficiant pas d’origines d’un dissipateur thermique, de plus en plus nous en trouvons directement sur la carte mère et il est même possible d’en acheter séparément comme les HCM PRO EVO.X.
4 – Le liant, la pâte thermique :
Il se trouve que, peu importe le degré de finesse apporté à la finition des deux parties en contact pour le transfert de chaleur, on n’a jamais une surface de contact parfaitement plane d’un point de vue microscopique. Par conséquent, il y a de petites aspérités où de l’air se place et, comme nous l’avons vu précédemment, l’air n’est pas le meilleur conducteur thermique. Est donc apparue la pâte thermique (TIM). Son rôle est, de par sa viscosité, de combler ces aspérités et d’offrir le maximum de potentiel de transfert de chaleur entre les deux parties.
Sa composition est principalement un polymère, la plupart du temps de silicone, ce qui lui donne son aspect et caractéristique pâteuse. Pour ce qui est de la conductivité thermique et de son efficacité, cela dépend des matériaux la composant. On peut retrouver de l’argent comme pour l’Artic Silver 5 (8.9 W/mK), de la poudre de diamants (carbone) pour la CoolerMaster MasterGel Maker (11 W/mK), de l’oxyde d’aluminium et de zinc pour la Thermal Grizzly Kryonaut Extreme (12.5 W/mK) ou enfin de nanofibres de carbone avec la Thermal Grizzly Carbonaut (62.5 W/mK). Mais attention, ce dernier n’est pas une pâte, mais un pad composé de fibres de carbone ainsi que de nanofibre de carbone qui est techniquement réutilisable à l’infini.
Le choix se fait sur la base de la facilité d’application, de ses caractéristiques thermiques, de son utilisation (températures <0°C), de sa conductivité ou non, de sa durée de vie, de ses propriétés adhésives et ne nous le cachons pas, accessoirement de son prix.
En bref, les solutions thermiques utilisées sont adaptées en fonction de la charge prévue sur le/les composants et sera dans les cas les plus basiques avec dissipateur actif, voire parfois même passif jusqu’à des systèmes sous eau pour les systèmes les plus haut de gamme.
À partir d’ici, toutes les solutions qui vous seront présentées seront à considérer du point de vue du coût, de l’efficacité, de la difficulté / impossibilité à mettre en œuvre ou tout simplement de la non nécessité. Dans les parties à venir, nous allons nous pencher plus sérieusement sur les différents types de refroidissement tout public existant pour chaque composant principal de votre PC et vous détailler leurs forces et faiblesses afin de faire un choix éclairé en fonction de vos besoins.
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- Dans la Théorie
- Dans la Pratique
- Les refroidissements par air
- Les refroidissements par eau
- Les refroidissements non conventionnels
- Choix de la rédaction (12/2022)
- Conclusion
