Les dissipateurs thermiques sont l’une des formes les plus courantes de gestion thermique dans la technologie et dans les machines. Devenus omniprésents dans les composants électroniques, ces dispositifs passent facilement inaperçus, même pour ceux qui connaissent très bien la technologie. Nous définirons ce que sont les dissipateurs thermiques, puis présenteront leurs principes de fonctionnement de base. Nous apporterons également des explications sur les différents types de dissipateurs thermiques.
Qu’est-ce qu’un dissipateur de chaleur ?
La conduction thermique est un processus qui se produit à chaque fois que deux objets à des températures différentes sont en contact. Cela implique un transfert d’énergie de l’objet chaud tel qu’un transistor ou un processeur d’ordinateur vers l’objet plus froid tel que l’air ou l’eau, par le biais d’un dissipateur thermique.
Un dissipateur de chaleur est donc un dispositif métallique conducteur de chaleur conçu pour absorber et disperser la chaleur d’un objet à haute température.
Pour assurer convenablement cet échange thermique et aussi pour maintenir les dissipateurs thermiques à une température appropriée, ces derniers sont généralement équipés de ventilateurs intégrés.
Comment fonctionne un dissipateur thermique ?
Le fonctionnement du dissipateur thermique est basé sur la loi de la chaleur de Fourier. Chaque fois qu’un gradient de température existe dans un corps, la chaleur est transférée des sections à haute température vers les zones à basse température. Presque tous les dissipateurs thermiques accomplissent cette tâche en quatre étapes de base.
La source génère de la chaleur
Cette source de chaleur peut être :
- mécanique ;
- électrique ;
- chimique ;
- nucléaire ;
- solaire ;
- par friction ;
- par combustion.
Ou tout autre système créant de la chaleur et nécessitant l’évacuation de cette chaleur pour fonctionner correctement.
La chaleur s’éloigne de la source
La chaleur pénètre dans le dissipateur thermique et s’éloigne de la source par conduction naturelle. Pour un dissipateur de chaleur à très haute performance, le cuivre et l’aluminium sont les matériaux les plus privilégiés.
La chaleur se répartit dans tout le dissipateur thermique
La chaleur traverse le dissipateur thermique pour créer un refroidissement et éviter tout risque de surchauffe.
La chaleur s’éloigne du dissipateur thermique
Le transfert de chaleur est effectué. Par conséquent, si la température ambiante n’est pas plus froide que celle du dissipateur thermique, aucune évacuation de chaleur ultérieure ne se produit.
Les différents types de dissipateurs thermiques
Il existe deux principaux types de dissipateurs thermiques :
- le dissipateur thermique passif ;
- le dissipateur thermique actif.
Les dissipateurs de chaleur actifs utilisent un ventilateur pour refroidir le dissipateur de chaleur et accroître ainsi sa résistance thermique. Ceux-ci ont d’excellentes performances de refroidissement, mais nécessitent un entretien périodique en raison des pièces mobiles.
Les dissipateurs thermiques passifs n’utilisent aucun ventilateur. Ces modèles sont plus fiables.
En fonction de la configuration de chaque appareil, les dissipateurs thermiques disposent de plusieurs formes et de conception différente. Ils peuvent disposer d’ailettes (fines lamelles de métal connectées à la base du dissipateur électrique) qui peuvent être droites ou évasées, pour aider à répartir la chaleur sur une grande surface. Ils peuvent également se présenter sous forme de plaque froide avec des tubes de refroidissement intégrés.
En tant qu’échangeur de chaleur, les dissipateurs thermiques peuvent également être classés en fonction du type d’isolant ou du matériau utilisé, etc. Ou encore du type de branchement électrique : adapté aux relais à semi-conducteur monophasé ou triphasé.