Des nanoparticules pour refroidir plus efficacement les ordinateurs

Le fonctionnement des appareils électroniques et numériques est basé sur la circulation de courants électriques dans des circuits métalliques. Or, ce phénomène émet de la chaleur. Il est donc nécessaire de dissiper en permanence la chaleur produite au cœur de ces systèmes électroniques, pour les maintenir à une température permettant leur fonctionnement et pour maintenir l'intégrité des composants plastiques environnants.

Le projet européen Marie Skłodowska-Curie Actions Staff Exchange « Micro-FloTec » étudie des systèmes de dissipation de chaleur basés sur des micro-canaux, intégrés aux composants électroniques voire à d’autres dispositifs énergétiques. Dans ces micro-canaux circule un fluide qui évacue la chaleur, à distance des composants. Actuellement, ce fluide peut être de l’air, de l’eau, de l’huile ou encore un mélange visqueux incolore à base d’éthylène glycol ou de polyéthylène glycol.

Face au développement des outils électroniques et numériques et à la nécessaire diminution de leur consommation énergétique, principalement due à la dissipation de chaleur, les scientifiques du projet Micro-FloTec souhaitent optimiser le fonctionnement des micro-canaux par différentes approches, dont l’usage de fluides caloporteurs plus efficaces pour le refroidissement.

Le projet européen Micro-FloTec est coordonné par l’Université Sabanci en Turquie. Il finance des mobilités de doctorants et de chercheurs confirmés, qui peuvent ainsi travailler un mois dans un laboratoire étranger, pour partager leurs compétences, en acquérir de nouvelles ou utiliser une plus large palette d’équipements de recherche.

Les participants au projet mettent en œuvre la variété de leurs compétences pour améliorer les différents composants et caractéristiques des micro-canaux, tels que :

• le fluide circulant dans le micro-canal, sa morphologie et se dimensions ;
• la surface intérieure des canaux, qui peut être traitée, texturée ou modifiée ; par exemple, certaines équipes de recherche évaluent comment l’ajout de reliefs sur les parois intérieures des canaux peut affecter la formation, la taille et la propagation des bulles dues à l'ébullition des fluides ;
• le contrôle de l’écoulement du fluide et de ces bulles via un champ électrique appliqué sur le micro-canal.

Enfin, certains membres du projet testent des combinaisons de ces différentes approches.

Patrice Estellé, maître de conférences à l'Université de Rennes, enseignant à l’IUT de Rennes et chercheur au LGCGM (Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique) est spécialiste des nanofluides. Il pilote le volet rennais des travaux. Entre 2023 et 2027, les membres de son équipe se déplaceront dans 4 pays et son laboratoire accueillera 6 mobilités entrantes de chercheurs.

Patrice Estellé s’intéresse de longue date aux nanofluides, c’est-à-dire aux fluides auxquels sont ajoutés des nanoparticules. Pour Micro-FloTec, il souhaite tester l’ajout, dans les fluides caloporteurs, de nanoparticules d’oxydes métalliques ou carbonées (nanotubes de carbone, graphène…).

En effet, les dérivés du carbone présentent une conductivité thermique importante (de l’ordre de 2000 à 5000 W.m^-1.K^-1 contre 0,6 W.m^-1.K^-1 pour l’eau, à 20°C).

"Nous étudions comment disperser les nanoparticules de manière stable et pérenne dans un fluide caloporteur, pour augmenter ses propriétés thermiques, sans trop augmenter la viscosité du liquide, puisqu’il doit s’écouler dans les micro-canaux.", explique Patrice Estellé.

L'enseignant-chercheur et son équipe souhaitent caractériser les propriétés des fluides ainsi obtenus et les tester dans des micro-canaux avec les partenaires du consortium.

Ils évalueront, grâce aux équipements de la plateforme expérimentale « Eco-Construction », développée en partie grâce aux CPERs « Durabimat » et « Mat&Trans », la capacité de chaque fluide à conduire la chaleur, mais aussi sa viscosité, ou encore la capacité des particules à rester dans le fluide sans se déposer sur les parois. L’ensemble des mobilités entrantes et sortantes permettra ainsi à l’équipe de renforcer ses compétences et d’élargir son domaine d’expertise.

Le montage de ce type de projet européen trouve un accompagnement précieux auprès de la 2PE (Plateforme projets européens), soutien dont a pu bénéficier Patrice Estellé à plusieurs reprises.

Article rédigé avec la contribution de Plume & Sciences