Des convecteurs à la limite du microscopique pour refroidir mémoires et microprocesseurs ? C’est possible avec des nanotubes de carbone et l’efficacité est aussi bonne que celle du cuivre !

À voir l’énorme ventirad (ventilateur plus radiateur) qui couronne le processeur d’un micro, on peut se poser des questions sur l’augmentation de puissance promise pour les futurs mobiles, qui devront surfer sur le Web et afficher des vidéos sur de beaux écrans. Comment refroidir des circuits nettement plus petits que dans un ordinateur ? Faudra-t-il des gants anti-chaleur pour téléphoner ? Sûrement pas mais des solutions sont à trouver, car la seule réduction de consommation électrique ne suffira peut-être pas.

Des chercheurs américains et finlandais ont exploré une idée : construire un radiateur miniature en nanotubes de carbone, ces petites structures faites de carbone pur, creuses mais pleines… de promesses. L’équipe de l’institut Polytechnique Rensselaer (Troy, Etat de New-York), associée aux Finlandais de l’université de Oulu, ont d’abord créé une sorte de fagot rectangulaire de 1,2 millimètre de long, dans lesquels les nanotubes sont étroitement collés les uns aux autres. Ils l’ont ensuite taillé au laser pour sculpter des petites tiges verticales, chacune composée d’un faisceau de nanotubes.

En photo, le bloc refroidisseur, de 0,4 mm de côté, comporte 10 x 10 tiges verticales, chacune faite d’un faisceau de nanotubes. Les droites montrent l’augmentation de température mesurée dans le circuit d’essai en fonction de la puissance électrique qui lui est demandée, sans radiateur (droites rouges) et avec (droites bleues). Les droites pleines sont obtenues sans convection forcée, celles en tirets avec des flux d’azote variables (les plus élevés correspondant aux droites les moins pentues). ©Crédit : Rensselaer/Robert Vajtai

Le bloc de 1,2 millimètre a ensuite été coupé en trois morceaux carrés comportant chacun cent tiges. L’ensemble, vu au microscope, a exactement la forme de ces radiateurs que l’on place sur les processeurs (et que l’on devrait plutôt appeler des convecteurs).

À l’épreuve des faits

Pour vérifier l’efficacité de leur invention, les scientifiques ont fixé les blocs sur des circuits thermomètres, qui pouvaient être chauffés à loisir, par un courant plus ou moins fort. Résultat probant : par rapport au circuit sans nanotube, la dissipation de chaleur est 11 % plus forte que sans refroidisseur. Avec un flux d’azote (pour réaliser une convection forcée), ce chiffre atteint 19 %. « Ces chiffres correspondent aux performances des meilleurs conducteurs thermiques » constate Robert Vajtai, l’un des chercheurs de l’équipe américaine. L’efficacité observée vaut celle du cuivre, le meilleur en la matière mais plutôt coûteux.

Les nanotubes apportent surtout un gain de poids et de volume qui permettront de suivre les circuits intégrés dans leur miniaturisation incessante. Ces mêmes équipes (soutenues par Nokia) continuent de plancher sur leur trouvaille, notamment pour améliorer la forme du radiateur et augmenter l’échange thermique entre lui et le circuit.

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