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Integrity Fluid XP+ - Page 4/6

Rédigé par David D. - 22/01/2005
Catégorie : Watercooling



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Mesures : conductivité électrique

Définitions

Cela désigne simplement la capacité d'un fluide à conduire un courant électrique. On dira d'un fluide qu'il est diélectrique s'il conduit tellement mal le courant (peu d'ions pour transporter les charges) qu'il n'occasionne pas de dégâts s'il est renversé sur une carte électronique par exemple. La conductivité électrique, définie en microsiemens par centimètre (µS/cm), est l'exact inverse de la résistivité électrique, définie en mégohm centimètre (Mohm·cm). C'est une notion qui est extrêmement dépendante de la température. Plus celle-ci augmentera, plus le fluide conduira le courant facilement grâce à une plus grande mobilité des ions. Par définition, la conductivité électrique d'un fluide correspond à la conductance d'une colonne de liquide comprise entre deux électrodes métalliques de 1 cm2 séparées l'une de l'autre de 1 cm.

Attention toutefois à ne pas prendre le terme diélectrique comme une certitude absolue sur le fait qu'il n'y aura jamais de dommages électriques. En effet, tous les fluides conduisent le courant, mais à des degrés très différents. Ce courant dépendra notamment de la tension qui sera appliquée, de la surface et de la distance entre les 2 points reliés par le fluide. Plus la surface sera grande, plus le courant sera important et inversement. De même, plus la distance sera faible plus le courant sera important et inversement. Le petit volume de fluide agira exactement comme une résistance électrique d'une certaine valeur et la loi d'Ohm U = RI s'applique tout simplement.

Rappels

Lorsque l'on renverse du liquide sur une carte graphique par exemple, on a 2 solutions possibles. Soit le fluide est assez bon conducteur électrique et le fait de lier certaines soudures (qui n'ont pas à l'être) va faire naître des courants suffisants pour la faire planter ou l'endommager définitivement. L'autre solution est que le fluide soit suffisamment résistif pour que la liaison entre les soudures n'engendre que le passage de courants tellement infimes que ça n'influence en rien le comportement électrique de la carte. Ces nouveaux courants existeront bel et bien, mais seront trop infimes devant toutes les autres grandeurs, il suffit alors de faire sécher la carte et ça repart ni vu ni connu. Néanmoins, il faut toujours avoir un peu de chance, car les pattes d'un composant électronique sont toujours très proches les unes des autres, ce qui amplifie le risque de le griller si du liquide se renversait dessus.

Certaines huiles minérales ont une résistance tellement énorme que le courant qui peut passer est infinitésimal même sous de grosses tensions, mais malheureusement elles ne valent pas grand chose au niveau thermique. Dans le même registre, de l'eau dite "ultrapure" a une résistivité théorique de 18.25 Mohm·cm à 25 °C juste à sa création. Théorique, car une fois l'eau en contact avec l'air, elle est si pauvre qu'elle va très vite capter tous les contaminants environnants (gaz CO2 par exemple) qui vont faire augmenter sa conductivité électrique. Sa résistivité est extrêmement élevée, mais pas infinie, tout simplement parce que le phénomène d'autoprotolyse de l'eau, qui est une dissociation puis une recombinaison atomique incessante (2 H2O <> OH- + H3O+), entraîne l'apparition d'ions hydronium et hydroxyde qui conduisent un peu le courant, même si toutes les autres espèces ont été éliminées.

La question sur le type d'eau à choisir par rapport à nos besoins revient également souvent. En effet, il existe plusieurs méthodes pour purifier l'eau comme la distillation en condensant la vapeur d'eau, la déminéralisation par utilisation de résines échangeuses d'ions, l'osmose inverse en jouant sur les différences de concentrations, la microfiltration et l'ultrafiltration au travers de membranes sous pression. L'eau distillée peut être un peu moins pure que la déminéralisée ou l'osmosée, mais ça n'a pas réellement d'importance puisqu'elles vont toutes se charger de contaminants.

Méthodologie de mesure

Cette caractéristique électrique se mesure par conductimétrie, méthode très utilisée en TP de chimie à l'école lorsque l'on doit faire des dosages par exemple. Le procédé est simple puisqu'on utilise les notions de base de l'électricité. A l'aide de 2 électrodes plongées dans le fluide, on applique une tension U entre les deux, ce qui crée un champ électrique entraînant les ions et on mesure simplement le courant qui y passe. Ce courant I dépendra directement de la conductivité du fluide, car I = U/R avec R la résistance du volume de fluide entre les 2 électrodes. Plus le liquide sera bon conducteur électrique, plus le courant sera important et inversement.

On conçoit donc un conductimètre pour avoir un protocole identique sur chaque fluide testé et pour avoir une comparaison directe avec des valeurs connues. On ne peut pas utiliser un simple ohmmètre, car sa mesure de résistance est faite avec un courant continu, qui entraîne une polarisation des électrodes, ce qui fausse la mesure. Il faut utiliser un générateur de courant alternatif pour empêcher cette polarisation. Cette source alternative est obtenue en utilisant le secondaire d'un petit transformateur (1 A max). Celui utilisé donne une tension U de 11.65 V en 50 Hz au secondaire pour 230 V au primaire. On relèvera le faible courant alternatif qui circulera grâce à un ampèremètre TrueRMS (précision 1.5 %) mis dans la boucle.

La cellule du conductimètre est faite de 2 plaques de laiton (idéalement du platine) de 0.3 mm d'épaisseur, découpées et ajustées le plus précisément possible. Elles sont assemblées de manière à avoir uniquement une surface de 1 cm2 (x2) en contact avec le fluide, tout en étant espacées d'exactement 0.55 cm par une plaque isolante en plexiglas. Par rapport à la définition donnée au début, on introduit un facteur de correction géométrique noté K, la constante de cellule, qui vaut distance/surface = 0.55/1 = 0.55. La température influencera fortement la conductivité électrique donc on doit la mesurer aussi. Pour cela une thermistance, étalonnée par comparaison avec un thermocouple dans un bain thermostaté, que l'on fixe près de la cellule dans le sens du flux d'eau. Ci-dessous, on voit les électrodes finies et isolées avec la thermistance qui dépasse, puis le dispositif totalement immergé avec le verre tournant et contenant le fluide à tester.

Le verre a une capacité utile de 0.12 L. Il est placé sur le moyeu d'un ventilateur alimenté en 5 V pour le faire tourner afin que le mélange soit sans cesse brassé, faute d'agitateur magnétique. Le brassage est obligatoire pour acquérir une stabilité de mesure et il sert aussi à refroidir le fluide un peu plus rapidement. On commence les mesures avec le fluide chauffé à 50 °C qu'on laisse refroidir passivement tout en prenant les mesures jusqu'à arriver à la température ambiante.

Une fois les mesures de courant faites en fonction de la température, il est simple de remonter à la conductivité. On a la résistance R de la solution entre les électrodes par R = U/I, la conductance vaut G = 1/R = I/U et la conductivité de la solution notée Kappa = K*G = K*I/U avec K = 0.55 ici. Les conductivités Kappa sont données à titre d'information, car une petite incertitude règne sur la valeur exacte de K qui devrait être déterminé par mesure dans des solutions étalons. Néanmoins, Kappa est directement proportionnel au courant I, qui lui est exact, donc ce n'est finalement pas un problème. Nous donnerons les 2 mesures.

Le calcul direct de Kappa est fait pour comparer aisément les différents fluides en se rapportant à des valeurs standards dont les ordres de grandeurs à 25 °C figurent dans le tableau ci-dessous. A noter que la composition du Fluid XP+ a visiblement été améliorée depuis son apparition, car la précédente conductivité électrique valait 76 µS/cm, soit environ 7 fois plus que l'actuelle, à moins qu'il y avait une erreur...

Fluide utiliséConductivité électrique à 25 °C
Eau ultra-pure0,055 µS/cm
Eau déminéralisée/distillée0,1 à 5 µS/cm
Fluid XP+11,7 µS/cm
Eau courante (robinet)500 à 1500 µS/cm
Eau de mer (salinité 3.5 %)55 000 µS/cm

Si l'on compare l'eau de mer et l'eau ultra-pure, on se rend compte que la résistance électrique de l'eau de mer sur une distance de 1 km est équivalente à celle de seulement 1 mm d'eau ultra-pure ! La température de mesure pour les 11.7 µS/cm du Fluid XP+ n'est pas précisée, car la valeur annoncée ne vaut pas grand-chose sans la température associée puisqu'il existe plusieurs standards de mesure. D'autant plus que sur le site du fabricant, le Fluid XP+ est comparé à du cuivre, excellent conducteur électrique, ce qui n'a pas vraiment de sens si ce n'est d'afficher un rapport de conductivité entre les 2 avec 15 zéros après la virgule pour faire impressionnant, mais ça n'est pas pour ça qu'il ne conduit pas le courant...

Résultats obtenus

Les mesures se feront de 20 °C à 50 °C environ. Les valeurs sont données à titre indicatif, car ça dépendra de la marque du liquide testé, de la contamination du liquide (contact avec l'air ou autre), du pH et de bien d'autres choses. Attention à l'échelle logarithmique du graphique qui compresse de plus en plus l'axe Y et déforme l'allure des courbes, mais c'est le seul moyen de faire rentrer de manière claire des séries de valeurs aussi éloignées. Plus la conductivité électrique est faible et mieux c'est.

Première chose à remarquer, les valeurs relevées sont en total accord avec ce qui existe déjà. Le Fluid XP+ tient ses promesses au niveau de sa faible conductivité électrique avec seulement 19 µS/cm relevés à 20 °C. Sa conductivité évolue peu avec la température et atteint environ 50 µS/cm à 50 °C. L'eau déminéralisée est encore 10 fois plus résistive que le Fluid XP+ en atteignant environ 3 µS/cm, ce qui est très faible. Il faut bien voir que l'eau déminéralisée n'est pas encore contaminée par un circuit quelconque et qu'elle a été analysée peu de temps après l'ouverture du bidon. Elle est de ce fait très peu conductrice et sa conductivité est très peu influencée par la température. Cela représente une résistance électrique équivalente de 180 kOhm entre les 2 électrodes de 1 cm2.

Pour montrer l'importance de la contamination dans les solutions à très faible conductivité, on dépose dans le verre rempli d'eau déminéralisée seulement 2 grains de sel microscopiques pendant la mesure, autrement dit rien du tout. A peine tombés et dissous dans l'eau brassée, les ions chlore et sodium apportés font grimper instantanément la conductivité pour atteindre plus de 10 µS/cm à 25 °C, soit le triple ! Il suffit donc que le circuit soit un peu sale (tuyaux avec un peu de dépôt) pour que la conductivité augmente très rapidement et qu'on perde le bénéfice de grande résistivité de l'eau déminéralisée. D'autant plus que les métaux présents dans le circuit vont de toute façon reminéraliser cette eau en apportant leur lot d'ions par réactions chimiques et donc augmenter, quoi qu'il arrive, le facteur de risque en cas de fuite. Si l'on continue à mettre un peu de sel, on arrive très vite à une solution hyper conductrice avec un passage de courant important (100 mA ici).

On voit aussi que l'eau du robinet est à proscrire par sécurité, car elle est pleine de minéraux qui la rendent très conductrice (~1000 µS/cm soit 30 fois plus que le Fluid XP+). Le matériel aura obligatoirement moins de chances de survivre à une douche forcée avec ce liquide. Le LDR testé n'est pas trop mal placé, mais il reste derrière le Fluid XP+ et la température influence par contre beaucoup plus sa conductivité que le reste des fluides testés.

L'emploi d'additifs divers (anticorrosion, anti-algues, tensioactif, etc.) comme l'HydrX, le Zerex, le Water Wetter, ainsi que des colorants type fluorescéine provoqueront une sérieuse augmentation de la conductivité électrique de l'eau déminéralisée dans laquelle on les dilue. L'emploi de quelques gouttes de HydrX dans le verre, donc infiniment plus dilué qu'un flacon pour un litre d'eau préconisé par Swiftech, multiplie déjà par 500 la conductivité électrique de l'eau déminéralisée. Moins de chances donc d'éviter des dommages électriques avec ce genre de mélange lors d'une fuite.

Point non vérifiable directement

Un autre point important concerne la stabilité du mélange au cours du temps pour voir si la conductivité n'augmente pas trop au contact des métaux. Pour avoir des données suffisamment intéressantes, il faudrait laisser passer quelques mois pour voir l'évolution de la conductivité électrique du fluide en la mesurant à nouveau dans le circuit en fonctionnement. C'est malheureusement un peu trop long pour ce dossier...

Il est certain que ça grimpera, car ça ne peut que grimper, d'où une petite interrogation qui reste en suspens. Sur le site du fabricant, il propose des vidéos d'essais en renversant du Fluid XP+ sur une carte vidéo en fonctionnement pour montrer que ça ne fait rien, mais c'est du liquide sorti de la bouteille et non pas du contaminé ayant tourné trois mois dans un circuit, ça ne prouve donc pas grand chose (+ la part de chance de ne pas tomber au mauvais endroit). On pourrait faire la même chose en renversant de l'eau déminéralisée fraîchement sortie du bidon sans souci puisque c'est 10 fois plus résistif.

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