Refroidissement liquide ou refroidissement par air : quelle est la meilleure solution ?

Le refroidissement des processeurs modernes est devenu complexe, notamment en raison de la conception des puces qui entraîne une répartition inégale de la chaleur sur le dissipateur thermique intégré (IHS). Par conséquent, que vous optiez pour un refroidissement liquide ou par air, les fabricants de solutions de refroidissement veillent à garantir une évacuation efficace et suffisante de la chaleur du processeur. Le choix entre ces deux technologies dépend donc principalement des préférences de l'utilisateur, de la durée de vie du système, du niveau sonore, des garanties et de la stabilité du système.

Un système de refroidissement efficace permet d'éviter la surchauffe. Une chaleur excessive peut nuire au matériel et aux performances de l'ordinateur. Pour les joueurs, cela se traduit par des saccades d'images, et pour les créateurs, par un ralentissement de l'interface du système d'exploitation. Afin de trouver la solution idéale pour votre application, cet article analyse deux systèmes de refroidissement.

Qu'est-ce qu'un refroidisseur d'air pour processeur ?

Les refroidisseurs à air pour processeur ne comportent pas de pompe pour faire circuler le liquide entre la source de chaleur et le dissipateur thermique. Leur fonctionnement repose principalement sur la conduction thermique du métal. La chaleur est acheminée du processeur vers le dissipateur (ailettes), puis refroidie par l'air, ce qui produit l'effet de refroidissement.

Caloducs et changement de phase

Les refroidisseurs d'air pour processeur sont dotés d'une plaque de base métallique plate, généralement en cuivre. Recouverte de nickel, elle est en contact direct avec le dissipateur thermique intégré du processeur. La chaleur circule dans des tubes de cuivre creux contenant un fluide caloporteur, généralement de l'eau distillée sous basse pression. Ces tubes assurent l'alternance entre l'état liquide et l'état gazeux. L'eau bout au niveau de l'évaporateur, qui correspond au processeur. Elle se condense ensuite au niveau du condenseur, en contact avec les ailettes du refroidisseur.

Le cycle d'ébullition et de trempage dans les tubes creux est des milliers de fois plus efficace que dans des tiges de cuivre massif. Cependant, leur performance dépend de leur orientation. La gravité favorise ou entrave le retour capillaire. Ces tubes peuvent être décalés afin de laisser la place pour le premier emplacement PCIe ou la mémoire RAM.

Efficacité et simplicité

La simplicité de conception du système de refroidissement par air lui confère une fiabilité extrême. Il ne comporte qu'une seule pièce mobile : le ventilateur. Grâce aux ventilateurs à roulement hydrodynamique (FDB) de dernière génération, d'une durée de vie de 100 000 heures, sa robustesse est encore accrue. Même en cas de panne, il suffit de le remplacer pour que le système soit de nouveau opérationnel. Les modèles plus récents utilisent une architecture à double tour, composée de deux blocs d'ailettes métalliques juxtaposés. Ils peuvent comporter six à sept tubes de refroidissement creux de 6 mm de diamètre. Ces tubes acheminent la chaleur vers les ailettes, qui la répartissent sur des plaques très fines.

Des ventilateurs propulsent ensuite l'air à travers ces espaces restreints. Généralement, des ventilateurs à haute pression statique sont utilisés pour forcer l'air à travers le dissipateur thermique à ailettes densément regroupées. La chaleur est ensuite évacuée du châssis par le ventilateur du boîtier.

Qu'est-ce qu'un système de refroidissement liquide pour processeur ?

Le système de refroidissement liquide pour processeur utilise une pompe pour faire circuler un fluide dans des tubes reliant thermiquement le processeur au radiateur, ce qui permet d'évacuer la chaleur. Il comporte beaucoup plus de pièces mobiles qu'un système de refroidissement à air.

Dynamique des fluides et inertie thermique

Le système de refroidissement liquide pour ordinateur est généralement appelé « tout-en-un » (AIO). Il est équipé d'une pompe qui fait circuler un liquide en circuit fermé. Cette pompe aspire le liquide depuis le bloc de refroidissement liquide placé sur le processeur et qui absorbe la chaleur. Le liquide circule ensuite vers le radiateur, constitué d'une large grille d'ailettes et de tubes qui dissipe la chaleur dans l'air ambiant. À la base du bloc de refroidissement liquide se trouve la plaque de base, similaire à celle des refroidisseurs à air. Celle-ci comporte des canaux microscopiques, souvent de 0,1 mm de diamètre, qui optimisent la surface d'échange thermique du liquide.

Le liquide utilisé est principalement un liquide de refroidissement à base d'eau. Doté d'une capacité thermique massique élevée, il absorbe la chaleur comme une éponge. En cas de variations rapides des besoins en refroidissement du processeur, les ventilateurs et la pompe n'accélèrent pas instantanément, ce qui assure un refroidissement plus stable. Cette propriété est appelée la grande inertie thermique des systèmes de refroidissement liquide.

Efficacité du radiateur et utilisation de l'espace

Bien que la plaque de base en contact avec le processeur soit petite, le système de refroidissement liquide répartit la chaleur sur une large surface de radiateur. Au niveau du radiateur, le transfert de chaleur entre le liquide et l'air s'effectue. Un ensemble de tubes plats est compacté au sein d'un dense réseau d'ailettes, généralement en aluminium. Les radiateurs sont généralement fixés sur le dessus ou à l'arrière du boîtier PC, au niveau des points d'évacuation de l'air, afin d'évacuer directement la chaleur du processeur hors du châssis. En expulsant immédiatement cette chaleur intense et localisée, le système de refroidissement liquide tout-en-un (AIO) empêche le processeur de réchauffer l'air interne. Ceci contribue à maintenir une température ambiante basse, améliorant ainsi l'efficacité thermique d'autres composants critiques tels que la carte graphique (GPU), la mémoire vive (RAM) et les disques de stockage.

Ils existent en différentes tailles, généralement égales à la longueur du radiateur. On trouve des modèles de 120, 360 ou 420 mm. Plus la taille est grande, plus la surface d'échange thermique est importante. Cela améliore le transfert de chaleur et réduit le niveau sonore.

Comparaison entre le refroidissement liquide et le refroidissement par air

Performances de charge TDP élevées

*Vainqueur pour une consommation énergétique élevée : Systèmes de refroidissement liquide pour processeur

• Chaleur extrême : Pour les serveurs haut de gamme ou les PC de jeu, un système de refroidissement avec un TDP supérieur à 250 W est généralement recommandé. Les modèles haut de gamme Intel i9 et AMD Ryzen 9 peuvent nécessiter un refroidissement liquide pour un niveau sonore maîtrisé et un overclocking possible.
• Tâches intensives : pour le rendu 3D et les calculs scientifiques, les systèmes de refroidissement liquide restent la solution privilégiée. En général, les radiateurs de 360 mm de long peuvent supporter un fonctionnement continu et sans interruption des ordinateurs.
• Refroidisseurs à double tour : Si vous recherchez un refroidisseur à air fiable, les modèles à double tour sont particulièrement adaptés aux processeurs à TDP élevé. Ils offrent des performances similaires aux systèmes de refroidissement liquide tout-en-un (AIO) de 240 mm.

Durée de vie et modes de défaillance

*Lauréat pour la durée de vie : Systèmes de refroidissement par air pour processeur

• Infiltration : L’inconvénient des refroidisseurs liquides réside dans leurs fuites silencieuses et invisibles. Au fil des années, le liquide contenu dans les tubes s’évapore lentement à travers des pores microscopiques présents dans la tuyauterie.
• Durée de vie : Un système de refroidissement liquide tout-en-un (AIO) classique a une durée de vie de 3 à 6 ans. En comparaison, un refroidisseur à air peut durer 15 ans, voire plus. Même après cela, il peut être remis en état par un simple remplacement de ventilateur.
• Risques de panne : Les refroidisseurs liquides comportent un grand nombre de pièces mobiles, voire fixes, ce qui augmente considérablement les risques de panne. À l’inverse, les systèmes de refroidissement par air sont principalement constitués de pièces fixes ou solidement soudées, avec un minimum de joints et sans joints liquides.

Esthétique et compatibilité spatiale

*Lauréat du prix de l'esthétique et de l'optimisation de l'espace : Systèmes de refroidissement liquide pour processeur

• Attrait visuel : Les systèmes de refroidissement liquide sont du plus bel effet à travers une vitre. Grâce aux boîtiers PC panoramiques en verre, la demande en systèmes de refroidissement liquide a explosé. Certains modèles proposent des écrans LCD personnalisables sur le bloc de refroidissement pour une esthétique soignée et l’affichage de données télémétriques en temps réel.
• Encombrement : Les systèmes de refroidissement liquide sont compacts et se fixent sur le waterblock sans prendre trop de place. L’espace est suffisant pour l’installation de la RAM et de la carte graphique. En comparaison, les systèmes à double tour sont volumineux.
• Contraintes mécaniques : Un imposant refroidisseur à double tour peut peser environ 1 000 g. Il exerce une forte pression sur la carte mère. Cette pression peut l’endommager si vous déplacez fréquemment votre PC.

Conclusion

Le choix entre les deux se résume à privilégier la fiabilité et les performances thermiques. Si la fiabilité à long terme est votre priorité, les refroidisseurs à air offrent le meilleur rapport qualité-prix. En revanche, si vous recherchez des performances maximales avec des charges de travail importantes, optez pour un refroidisseur liquide. Ce dernier offre une esthétique soignée et une dissipation thermique localisée et très efficace, empêchant ainsi le processeur d'augmenter la température ambiante de vos autres composants.

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Foire aux questions (FAQ)

Q : Le refroidissement liquide est-il plus sûr que le refroidissement par air ?

A: Le refroidissement par air est intrinsèquement plus sûr car il ne contient ni liquide ni pompe, éliminant ainsi les risques de fuites ou de panne moteur. Cependant, les systèmes de refroidissement tout-en-un modernes sont très fiables et les fuites sont rares pendant leur période de garantie.

Q : Puis-je prolonger la durée de vie de mon AIO ?

R : Oui, en montant le radiateur en haut du boîtier pour éviter que des bulles d'air ne pénètrent dans la pompe et en nettoyant les ailettes du radiateur tous les 3 à 6 mois pour maintenir son efficacité.

Q : Le refroidissement a-t-il une incidence sur mes FPS ?

R : Indirectement, oui. Un meilleur système de refroidissement empêche la limitation thermique, permettant au processeur de maintenir des fréquences d'horloge plus élevées plus longtemps, ce qui se traduit par des fréquences d'images plus stables.