Les ingénieurs de l’université de Californie à San Diego (USA) ont mis au point une nouvelle technologie de refroidissement qui pourrait améliorer considérablement l’efficacité énergétique des centres de données et des appareils électroniques de grande puissance. Cette technologie repose sur une membrane en fibre spécialement conçue pour évacuer passivement la chaleur par évaporation. Elle constitue une alternative prometteuse aux systèmes de refroidissement traditionnels tels que les ventilateurs, les dissipateurs thermiques et les pompes à liquide. Elle pourrait également réduire la consommation d’eau associée à de nombreux systèmes de refroidissement actuels.
Cette avancée est décrite dans un article publié le 13 juin dans la revue Joule.
À mesure que l’intelligence artificielle (IA) et l’informatique en nuage se développent, la demande de traitement des données – et la chaleur qu’il génère – monte en flèche. Actuellement, le refroidissement représente jusqu’à 40 % de la consommation totale d’énergie d’un centre de données. Si la tendance se poursuit, la consommation mondiale d’énergie pour le refroidissement pourrait plus que doubler d’ici 2030.
La nouvelle technologie de refroidissement par évaporation pourrait contribuer à freiner cette tendance. Elle utilise une membrane en fibre peu coûteuse dotée d’un réseau de minuscules pores interconnectés qui aspirent le liquide de refroidissement à travers sa surface par capillarité. En s’évaporant, le liquide évacue efficacement la chaleur de l’électronique sous-jacente, sans nécessiter d’énergie supplémentaire. La membrane repose sur des microcanaux situés au-dessus des composants électroniques, aspirant le liquide qui s’écoule dans les canaux et dissipant efficacement la chaleur.
« Par rapport au refroidissement traditionnel par air ou par liquide, l’évaporation peut dissiper un flux de chaleur plus important tout en utilisant moins d’énergie », explique Renkun Chen, professeur au département d’ingénierie mécanique et aérospatiale de l’école d’ingénierie Jacobs de l’université de San Diego, qui a codirigé le projet avec les professeurs Shengqiang Cai et Abhishek Saha, tous deux du même département. Tianshi Feng, doctorant en ingénierie mécanique et aérospatiale, et Yu Pei, chercheur postdoctoral, tous deux membres du groupe de recherche de Chen, sont les premiers auteurs de l’étude.
De nombreuses applications reposent actuellement sur l’évaporation pour le refroidissement. Les caloducs des ordinateurs portables et les évaporateurs des climatiseurs en sont quelques exemples, explique Chen. Mais l’appliquer efficacement à l’électronique de haute puissance a été un défi. Les tentatives précédentes d’utilisation de membranes poreuses – dont la surface élevée est idéale pour l’évaporation – ont échoué parce que leurs pores étaient soit trop petits pour s’obstruer, soit trop grands pour déclencher une ébullition indésirable. « Ici, nous utilisons des membranes en fibres poreuses dont les pores interconnectés ont la bonne taille », explique M. Chen. Cette conception permet une évaporation efficace sans ces inconvénients.
Lorsqu’elle a été testée avec des flux de chaleur variables, la membrane a atteint des performances record. Elle a géré des flux de chaleur supérieurs à 800 watts de chaleur par centimètre carré – l’un des niveaux les plus élevés jamais enregistrés pour ce type de système de refroidissement. Elle s’est également avérée stable pendant plusieurs heures de fonctionnement.
« Ce succès illustre le potentiel de réimagination des matériaux pour des applications entièrement nouvelles », a ajouté M. Chen. « Ces membranes en fibres ont été conçues à l’origine pour la filtration, et personne n’avait encore exploré leur utilisation pour l’évaporation. Nous avons reconnu que leurs caractéristiques structurelles uniques – des pores interconnectés et des pores de la bonne taille – pouvaient les rendre idéales pour un refroidissement par évaporation efficace. Ce qui nous a surpris, c’est qu’avec le renforcement mécanique adéquat, ils ont non seulement résisté au flux de chaleur élevé, mais ils ont également obtenu d’excellents résultats ».
Bien que les résultats actuels soient prometteurs, M. Chen précise que la technologie fonctionne encore bien en deçà de sa limite théorique. L’équipe s’efforce à présent d’affiner la membrane et d’en optimiser les performances. Les prochaines étapes consisteront à l’intégrer dans des prototypes de plaques froides, des composants plats qui se fixent sur des puces telles que les CPU et les GPU pour dissiper la chaleur. L’équipe est également en train de lancer une start-up pour commercialiser la technologie.
Article : “High-Flux and Stable Thin Film Evaporation from Fiber Membranes with Interconnected Pores.” – DOI : 10.1016/j.joule.2025.101975
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