PC au sang froid : « Nous voulons maintenir le processeur à une température constante de 20 degrés Celsius »
5/4/2022
Photos: Thomas Kunz
Un système de réfrigération à compression pour le PC ? Ce serait presque un congélateur avec un ordinateur à l’intérieur. Les spécialistes du refroidissement ThermodynamX construisent actuellement un modèle de ce genre.
En décembre 2019, je construisais un PC refroidi à l’eau pour mon collègue Simon Balissat. La particularité du modèle : j’ai utilisé des tuyaux en cuivre plutôt qu’en plastique. Quelques jours plus tard, j’ai reçu un courriel de Bernhard Vetsch, expert en refroidissement et directeur de la technologie chez ThermodynamX, dans ma boîte de réception. Il doit sûrement maîtriser l’installation des systèmes de refroidissement et pouvoir me donner un retour constructif sur ma manière de faire. Mais surtout, il m’a fait une offre que le fan de PC que j’étais ne pouvait pas refuser. Il voulait construire un système de réfrigération à compression pour un processeur.
Salut Bernhard. Tout d’abord, qu’est-ce qu’un canal de réfrigération à compression ?
Dans une machine de réfrigération à compression, un agent réfrigérant subit différents changements d’état physique dans un circuit fermé. L’agent réfrigérant initialement gazeux est comprimé dans un compresseur. Il passe ensuite dans un échangeur thermique et devient liquide. Le réfrigérant se refroidit alors dans cet état. De là, il passe ensuite dans un deuxième échangeur thermique, évapore l’agent réfrigérant, de façon à ce qu’il redevienne gazeux et puisse à nouveau entrer dans le compresseur. De cette façon, le circuit est maintenu. Il s’agit donc d’un système de refroidissement actif.
Chez ThermodynamX, vous voulez maintenant intégrer un tel système dans un PC. En quoi ce projet diffère-t-il de votre travail quotidien ?
Dans mon travail, je m’occupe de refroidir divers objets à une certaine température afin de la préserver. C’est différent avec un processeur. Il s’agit dans ce cas de figure là de dissiper la chaleur pour que le processeur puisse maintenir ses performances. Plus la chaleur se dissipe et plus la puissance peut se déployer. Je ne suis encore qu’au début de ce processus et il reste de nombreux problèmes à résoudre.
À quel niveau les systèmes de refroidissement à eau des PC entrent-ils dans vos considérations ?
Un système de refroidissement à eau pour PC comporte des composants similaires à ceux d’une machine de réfrigération à compression : un radiateur qui dissipe la chaleur dans l’air ambiant et un couplage thermique avec le processeur qui absorbe la chaleur résiduelle de ce dernier. J’ai dû mener une réflexion : quels composants existants peuvent être adoptés ? En raison de la pression des agents réfrigérants, les composants spéciaux de refroidissement à eau pour le PC sont limités. Par exemple, les éléments potentiels de refroidissement du processeur ou du radiateur.
Quel est l’agent réfrigérant idoine ?
Au début, j’ai pensé à l’isobutane. La pression est ici relativement faible pour une machine de réfrigération à compression. Mais lorsque j’ai découvert qu’un maximum de huit bars est autorisé pour les composants spéciaux de refroidissement à eau, j’ai abandonné l’idée. Je me suis alors tourné vers le propane. Les pressions sont plus élevées pour ce dernier que pour l’isobutane. Son utilisation traditionnelle consiste plutôt à générer de la chaleur plutôt qu’à la dissiper, par exemple dans les pompes à chaleur. Le propane s’avère également plus performant et les composants nécessaires, tels que le compresseur, sont plus petits en raison des pressions plus élevées. Cet agent réfrigérant convient donc bien mieux au projet.
En quoi le refroidissement prévu diffère-t-il d’autres systèmes de refroidissement de PC plus rares, comme celui de Peltier ?
Peltier repose sur un refroidissement thermoélectrique. En appliquant une tension à un élément, un côté de ce dernier devient froid et l’autre, chaud. Le côté froid est couplé au processeur. La chaleur de l’autre côté doit être dissipée, en partie par des ventilateurs. Le refroidissement représente un défi pour un objet aussi petit qu’un processeur. Par conséquent, les performances des modules Peltier baissent rapidement. Il fonctionne bien pour maintenir une différence de température de 20 degrés Celsius. Mais nous voulons essayer de refroidir le processeur à une température constante de 20 degrés Celsius. Pour ce faire, nous utilisons un agent réfrigérant qui peut être refroidi jusqu’à -40. Un circuit de réfrigération s’avère bien plus efficace dans sa tâche que les modules Peltier. En revanche, ce dernier a l’avantage d’être plus compact.
Un Threadripper 3970X sur une carte mère Asus dans un boîtier Define 7 de Fractal Design doit être refroidi. Le système est en place depuis peu. Qu’avez-vous pensé quand vous l’avez vu ?
La taille m’a surpris, il y a plus d’espace que prévu. Le composant de refroidissement le plus important sera le compresseur. Nous partons du fait qu’il y a de la place dans le boîtier sans devoir le modifier.
La place ne devrait donc pas constituer de problème ?
Non, normalement pas. Pour l’instant, nous sommes plus préoccupés par la condensation produite lors du refroidissement avec le système de réfrigération à compression. Nous devons vraiment veiller à ce qu’elle n’atteigne pas les composants électroniques. Nous songeons à aligner le boîtier différemment et à appliquer de la vaseline sur la carte mère, comme pour les overclockers extrêmes. La carte mère est lubrifiée avec de la vaseline pour protéger les composants de la condensation.
Où en êtes-vous actuellement dans ce projet ?
Nous avons constaté que noue ne pouvons pas compter sur les composants de refroidissement à eau pour PC existants. Après avoir mené des recherches sur le radiateur, nous avons opté pour un radiateur issu de l’industrie de la réfrigération. Il s’intègre d’ailleurs parfaitement dans le boîtier. Au niveau du processeur, nous avons divisé les tâches : nous achetons la plaque de contact du processeur d’un composant de refroidissement à eau déjà existant et faisons fabriquer la plaque supérieure en acier inoxydable. L’ensemble doit pouvoir résister à la haute pression du propane.
L’utilisation de la plaque de contact du processeur pourrait-elle également causer des problèmes ?
Le risque zéro n’existe pas. La plaque de contact est très finement usinée, avec de nombreux canaux d’écoulement conçus pour l’eau utilisée en tant qu’agent réfrigérant. La question est maintenant de savoir dans quelle mesure le réfrigérant peut pénétrer dans les conduits. L’agent réfrigérant seul ne devait poser aucun problème. Mais dans un système de réfrigération à compression, il y a toujours un peu d’huile qui coule. Nous espérons qu’elle ne va pas s’accumuler dans les conduits et ainsi réduire la capacité de refroidissement.
Quels autres problèmes pourraient survenir ?
Nous naviguons en territoire inconnu. Nous essayons toujours de créer un système capable de réagir à un maximum d’événements imprévus. C’est la raison pour laquelle nous utilisons un compresseur à vitesse variable. De cette façon, nous pouvons faire des ajustements rapidement.
Par exemple ?
Le radiateur que nous installons actuellement est plutôt petit en raison de l’espace restreint dans le boîtier. Il ne possède peut-être pas les capacités suffisantes pour dissiper suffisamment la chaleur. Nous pouvons compenser cette faiblesse avec le compresseur à vitesse variable. Comme son nom l’indique, il est possible de faire varier la vitesse et donc la capacité de refroidissement.
Et sinon, quoi d’autre ?
La régulation représente également un problème. Nous ne savons pas encore vraiment comment le processeur se comporte sous pression. Que se passe-t-il lorsque le processeur et le circuit de réfrigération tournent à plein régime et que le processeur se met en veille d’une seconde à l’autre. Son besoin de puissance de refroidissement diminue subitement. À quelle vitesse le circuit frigorifique doit-il réagir à ce phénomène ? S’il régit trop lentement, il y a un risque d’intrusion de liquide dans le compresseur.
Quelles peuvent en être les conséquences ?
Dans le cas de l’intrusion de liquide, le compresseur reçoit l’agent réfrigérant non seulement sous forme de gaz, mais aussi sous forme de gouttelettes qui peuvent endommager le compresseur.
Quelles sont maintenant les prochaines étapes ?
Tous les composants de réfrigération ont été commandés. Dès qu’ils seront en notre possession, nous construirons l’ensemble du système. D’abord à l’extérieur du boîtier et à l'écart des composants du PC pour un premier test. En cas de problème, nous ne voulons pas les endommager. Nous travaillons également sur le contrôle de la vitesse et les techniques de mesure correspondantes.
Lorsque le système de réfrigération à compression sera mis en place et testé pour la première fois, je serai là. Si vous ne voulez pas manquer cet événement, cliquez sur le bouton « Suivre l’auteur ».
Kevin Hofer
Senior Editor
kevin.hofer@digitecgalaxus.chLa technologie et la société me fascinent. Combiner les deux et les regarder sous différents angles est ma passion.
