Coin Tech : la pâte thermique ça sert à quoi, dis ?

La pâte thermique je l’étale entre mon ventirad et mon processeur, elle coûte cher et j’ai jamais trop compris à quoi ça servait… Ca permet de mieux refroidir c’est ça ? Quelques explications dans notre premier épisode de la série de coin tech sur le refroidissement.


Ce n’est que le premier épisode et pourtant tu vas voir c’est aussi bien que Game of Thrones parce que nous on n’a pas besoin de Snow pour avoir froid… Après cette pathétique blague passons à des explications plus sérieuses. Déjà schématisons simplement un système de refroidissement classique de PC : un processeur (ou n’importe quelle puce qui chauffe), un radiateur à ailettes souvent surplombé d’un ventilateur et entre les deux, eh bien de la pâte thermique ou un pad thermique. « Donc en gros le processeur il chauffe mais pour pas qu’il crame il doit être refroidi. Pour ça on met un radiateur dessus , j’ai bon monsieur Coin Tech? » Oui c’est ça mais tu oublies un gros détail regarde le schéma.

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Tu as bien ton processeur qui chauffe et la chaleur est évacuée grâce au gros radiateur du dessus (et en particulier à ses ailettes dont nous reparlerons dans un prochain Coin Tech), mais maintenant laisse-moi te poser une simple question… Comment est ce que l’on peut transférer de la chaleur ? Par conduction comme quand tu chauffes une casserole, ça se fait sans transport de matière, par convection comme quand de le vent hivernal te donne encore plus froid, ça se fait avec transport de matière, ou par rayonnement, comme avec le soleil qui nous crame en été ou un radiateur panneau rayonnant… Là tu vois bien qu’entre le processeur et le radiateur y a pas trop de place pour un transport de matière, et pour le rayonnement ça semble assez négligeable. Le phénomène principal de transfert de chaleur entre le processeur et le radiateur : c’est donc la conduction. La conduction qui est donc un transfert thermique spontanée d’une zone à température élevée (le processeur) à une zone de température plus basse (le radiateur).
Alors maintenant intéressons nous à ce qui conduit très bien la chaleur : les métaux qui sont les principaux conducteur thermiques, en particulier le cuivre très utilisé dans les radiateurs de nos chers PC. Et qu’est ce qui conduit très mal la chaleur : les isolants thermiques (captain obvious bonjour) et en particulier l’un des plus utilisé dans l’isolation de ta maison j’ai nommé l’air. L’air que l’on piège entre deux verres de double vitrage, l’air que l’on piège dans d’épaisses couches de laine de verre, de bois… Je t’ai dit de regarder le rad tout à l’heure et bien maintenant regarde de plus près mais alors de vraiment plus près le contact entre les deux sans pâte thermique.

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Entre le radiateur en métal et le processeur préalablement encapsulé dans une matière qui conduit assez bien la chaleur on remarque qu’il y a un petit espace qui emprisonne plein d’air. En effet les surfaces de contact, bien que polies par le fabriquant ne sont pas parfaitement planes, elles ont d’ailleurs souvent été salies par les grosses mains moites d’un geek maladroit. Et ce qui devait arriver arriva on a une très faible surface de contact réelle métal/métal et une très grande surface métal air. On a dit que le métal conduit bien la chaleur et l’air mal… donc c’est pas cool pour refroidir un processeur. Pour pallier ce problème il suffit de faire une chose extrêmement simple : boucher les trous avec un matériau plus conducteur que l’air et en même temps pas trop chiant à appliquer et à retirer si besoin est. On utilise donc une pâte visqueuse, et là oh miracle regarde ce que ça donne sur mon schéma.
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Il n’y a plus de cet air qui conduit si mal la chaleur d’où si on a bien appliqué notre pâte thermique un meilleur refroidissement. D’ailleurs quantifions un peu sans trop rentrer dans le formalisme mathématique de la loi de Fourier (sinon je perds mon dernier lecteur) qui nous explique qu’au sens physique la densité de flux de chaleur soit le flux thermique par unité de surface est proportionnel à la différence de température entre les deux matériaux mis en contact (en réalité c’est un gradient pour ceux que ça intéressent et qui veulent creuser). Et ce coefficient de proportionnalité spécifique à chaque matériau c’est ce que l’on appelle la conductivité thermique du matériau. Et je parie que toi féru acheteur de pâte thermique devant l’éternel tu connais l’unité d’un tel coefficient : le Watt par mètre par Kelvin (le fameux W/mK qui s’écrit en toute rigueur W.m-1.K-1), le Kelvin étant une unité de température (0K= -273,15°C). Donc plus un matériau est un bon conducteur thermique plus sa conductivité thermique notée lambda est élevée.
Pour l’air on a (à 298K soit 25°C pour ceux qui dorment à la pression atmosphérique)
lambda =0.026 W.m-1.K-1
Pour le cuivre on a à 298K  =386 W.m-1.K-1 oui c’est déjà beaucoup mieux mais c’est très loin de valoir notre prochain candidat.
Le diamant pur synthétique qui écrase la concurrence : lambda =2000 W.m-1.K-1 ce qui explique son utilisation dans certaines marques de pâte thermique d’ailleurs.
Pour de la pâte thermique on a lambda  =1 à 10 W.m-1.K-1 on remarque que c’est quand même 100 fois mieux que l’air ce qui explique toute l’utilité de la pâte. Même si c’est moins bon que la capsule du dissipateur posé sur le processeur.
Et maintenant je parie que tu vas me demander quelle pâte on choisit ? Comment l’étaler ? Eh bien j’ai envie de répondre fais des tests. Parce que mon petit schéma et le gain que tu as à mettre de la pâte thermique il n’est vrai que si celle-ci est bien appliquée. Si tu laisses des bulles d’air, c’est pas bon y a de l’air. Si tu en mets trop l’épaisseur de pâte thermique est grande hors tu remarques que dans l’unité de la conductivité il y a des par mètre donc plus la couche est fine mieux c’est. Certaines pâtes en plus sont conductrices et ne peuvent pas être appliquées partout et surtout nécessitent d’être maniées avec précaution. Dur de choisir alors ?
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En fait on a surtout le choix il faut choisir une pâte avec une conductivité élevée, mais en même temps suffisamment simple à appliquer et adaptée à ce que l’on veut faire avec. Ensuite la technique d’application la plus simple pour éviter les bulles d’air et faire une couche relativement fine c’est celle du grain de riz ou de la croix (ou même de la ligne) que l’on étale avec le radiateur en appuyant mais elle ne s’applique pas toujours aux pâtes les moins visqueuses qui sont d’ailleurs souvent fournies avec un pinceau. Il n’y a pas de meilleure technique donc, ni spécialement de meilleure pâte, il y a juste un coup à prendre avec une pâte particulière, un radiateur particulier et un processeur particulier et pour cela une seule façon de progresser dans la bonne application d’une pâte, c’est bien de faire des tests. Mais franchement dans la grande majorité des cas la technique du grain de riz a fait ses preuves et étaler sur toute la surface est plutôt une technique à éviter. Mais rappelez vous les bords de la capsule du processeur ne contribuent que peu au transfert thermique pas besoin qu’elle s’étale partout uniquement étalé au centre cela suffit ne mettez donc pas trop de pâte.

J’espère que ce coin tech sur la pâte thermique vous a intéressé. Un sujet probablement plus standard que d’habitude mais qui est une parfait pour expliquer ce qu’est la convection. Le prochain Coin Tech sera donc dédié au radiateur à ailettes surplombé de son ventilateur et donc à la convection, et peut être un peu au rayonnement qui sait…

 

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