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Les waterblocks à microstructures - Page 9/13

Rédigé par David D. - 24/12/2003
Catégorie : Watercooling



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Application pour l'alimentation en fluide

Pour alimenter de genre de microstructures il faut mettre en place des pompes spéciales haute pression pour que le fluide se faufile dans ces canaux très fins. Il en existe des dizaines de sortes mais on en détaillera une en particulier pour montrer ce qu'elle peut nous apporter d'intéressant. Dans les systèmes les plus pointus, les micro-pompes peuvent être directement intégrées dans la structure de l'échangeur pour avoir la meilleure intégration possible. Elles peuvent être à engrenages (notez la miniaturisation sur la photo ci-contre), piézo-électriques, électrocinétiques, électrohydrodynamiques, à membranes, à ultrasons, magnétohydrodynamiques, etc.

Ces micro-pompes assurent le débit suffisant au bon fonctionnement de l'échangeur en permettant, selon leur type, d'atteindre des pressions jusqu'à 10bar en fonctionnement normal pour un débit de quelques mL/min à 1 L/min environ. Les très faibles débits sont généralement destinés aux échangeurs qui utilisent le changement de phase d'un fluide qui bout à une température moyenne (30 °C à 90 °C). Un débit supérieur étant de toute façon toujours bénéfique pour un échangeur quelconque mais les pompes ne sont pas forcément capables de combattre les PDC très élevées pour faire passer plus de débit.

Une des pompes très intéressante à étudier est la pompe électrocinétique mise au point par l'université de Stanford et reprise par Cooligy :

Cette pompe tout en plexi est capable de fournir un débit d'environ 40 mL/min sous une pression de 2 bar, pour une différence de potentiel de 100 V entre les 2 électrodes, donc assez bien adaptée aux microstructures. Le disque de verre poreux au centre fait 40 mm de diamètre pour 2 mm d'épaisseur avec des pores d'environ 1 µm. Le fluide est tout simplement de l'eau déminéralisée dans laquelle on ajoute un produit spécial pour favoriser l'entraînement des ions. Pour comparer, une EHEIM 1250 a une pression disponible maximale de seulement 0.2 bar soit 10 fois moins. Il y avait eu une démonstration par Intel et Apple de cette pompe et d'un échangeur à microcanaux, le tout intégré dans un ordinateur portable, il y a un an.

Ce genre de pompe présente la particularité de ne pas avoir de parties mécaniques mobiles, donc pas d'usure ou de bruit possibles. L'eau va être littéralement poussée au travers du disque en verre en utilisant le principe dit d'électro-osmose. La surface du disque est recouverte d'un composé nommé hydrure de silicium (SiOH) qui au contact de l'eau va réagir avec les ions hydroxydes OH- présents dans celle-ci pour former du Si(OH2)-, ce qui va charger la surface négativement. Les ions libres H+ de l'eau vont alors être attirés par cette surface (les contraires s'attirent) et il ne reste plus qu'à créer un champ électrique entre 2 électrodes de platine, de part et d'autre du disque, pour attirer ces ions qui s'agglutinent sur le verre vers la cathode (-). Le mouvement ionique, qui se forme, créé alors un déplacement qui emporte l'eau en la poussant à travers les minuscules pores du verre. Une réaction d'électrolyse, qui décompose l'eau, se produit en même temps donc des bulles d'hydrogène et d'oxygène vont se former à chaque électrode de chaque côté. Il faut alors les recombiner en eau liquide grâce à un catalyseur placé à l'entrée et la boucle est bouclée, la membrane ne laissant passer que le dihydrogène formé :

Ces pompes de quelques watts peuvent développer des pressions très importantes jusqu'à 500 bar pour les plus optimisées, mais le débit est très faible. Plus la différence de potentiel (10 V à plusieurs kV) entre les 2 électrodes sera élevée plus la pompe pourra fournir un débit et une pression conséquents. On peut ainsi diminuer la taille des canaux car ce genre de pompes peut désormais lutter contre les PDC élevées, grâce à la forte pression disponible. On pourrait ainsi intégrer les canaux de refroidissement au coeur même des puces, mais attention à prendre de sévères précautions pour éviter un encrassement des canaux. Tout comme pour les Atotech par exemple, il ne faut pas utiliser de fluorescéine et autres joyeusetés du genre car si ça se dépose dans les canaux en formant des bouchons vous allez en baver pour nettoyer correctement !

Il existe une alternative, encore un peu mieux, utilisant le même principe physique mais là ce sont les canaux qui jouent directement le rôle de pompe. Le gain de place sera évident car chaque canal va faire avancer une partie du fluide grâce à 2 électrodes placées à l'entrée et à la sortie du canal. Il suffit de multiplier le nombre de canaux pour obtenir le débit désiré comme sur le schéma explicatif ci-dessous et la photo au microscope d'une partie d'une pompe à canaux électro-osmotiques :

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