Refroidir efficacement les dispositifs électroniques

Un problème permanent des dispositifs de microélectronique est de s'assurer qu'ils restent dans la plage des températures de fonctionnement. En général, plus ils sont puissants et plus ils génèrent de la chaleur, ce qui augmente leur température. Cette chaleur doit être évacuée pour améliorer la fiabilité et éviter une défaillance prématurée.

Le projet THERMAPOWER («Thermal management of high power microsystems using multiphase flows»), financé par l'UE, conduit des recherches importantes sur les écoulements à deux phases et le transfert de chaleur, en vue de mettre au point un nouveau système de gestion thermique, efficace et fiable. Les travaux portent notamment sur l'ébullition immergée, l'évaporation, l'ébullition d'écoulement et la condensation.

Les scientifiques conduiront des expériences pour étudier les écoulements diphasiques dans des tubes et des canaux aux surfaces diversement structurées. Ils utiliseront de nouvelles techniques d'imagerie pour caractériser les régimes d'écoulement à deux phases près de la zone d'ébullition nucléée, avec des surfaces structurées ou revêtues.

Les chercheurs vont aussi quantifier les flux thermiques de condensation et d'évaporation pour des surfaces présentant des micro-canaux dotés de différents degrés de mouillage et sections. Ils quantifieront également les instabilités associées aux écoulements diphasiques.

À ce jour, les scientifiques ont généré de nouvelles connaissances sur les instabilités lors de l'ébullition de l'écoulement dans des dissipateurs thermiques à un ou plusieurs canaux. Les résultats ont démontré que ces instabilités peuvent être enregistrées en mesurant les chutes de pression ou la température des canaux. Par ailleurs, les scientifiques ont utilisé de nouvelles techniques d'imagerie pour déterminer la structure de l'écoulement pendant son ébullition.

Le projet a aussi cherché à étudier l'évaporation d'une goutte pendante ainsi que la croissance des bulles. Les scientifiques ont démontré l'existence d'instabilités hydrothermiques et d'une mince couche de mouillage à la base des bulles en croissance, pendant l'évaporation. Ils ont aussi conçu le tout premier modèle pour décrire les 3 dimensions du processus de changement de phase, pendant l'évaporation de gouttes mouillant des surfaces chauffées.

Le projet THERMAPOWER est une collaboration entre la Chine, l'UE et les États-Unis. Ses résultats devraient avoir d'importantes conséquences pour des dispositifs aussi variés que les téléphones portables, les systèmes de réfrigération, les groupes de superordinateurs et les équipements pour l'espace.