Caloduc, du latin « chaleur » et de « conduite », désigne des éléments conducteurs de chaleur. Appelé en anglais (signifiant littéralement « tuyau de chaleur »), un caloduc est destiné à transporter la chaleur grâce au principe du transfert thermique par transition de phase d'un fluide (chaleur latente).

vignette|upright|Les multiples ailettes en aluminium évacuent la chaleur des caloducs d'un ventirad (Cooler Master V8).

Principe de base Un caloduc se présente sous la forme d’une enceinte hermétique renfermant un fluide à l'état d'équilibre liquide-vapeur, généralement en absence de tout autre gazL'échangeur à caloduc, sur energieplus-lesite.be (consulté le 14 février 2016)..

À l'extrémité du caloduc située près de l'élément à refroidir (cette extrémité est l'évaporateur et l'élément à refroidir la source chaude), le fluide à l'état liquide se vaporise en absorbant de l'énergie thermique. La vapeur circule alors dans le caloduc jusqu'à l'autre extrémité (le condenseur) située au niveau d'un dissipateur thermique ou d'un autre système de refroidissement (source froide) où elle se condense pour retourner à l'état liquide. La condensation permet de céder de l'énergie thermique à la source froide (souvent l'air ambiant).

Le liquide doit alors retourner à l'évaporateur, à l'aide des forces de gravité ou, lorsque cela n'est pas possibleÀ cause de la position du caloduc, ou pour des applications dans l'espace., à l'aide d'autres forces, notamment les forces de capillarité grâce à des structures composées de mailles (appelées en anglais Thermal performance of screen mesh wick heat pipes using water-based copper nanofluids, sur sciencedirect.com, , consulté le .) ou de poudres métalliques frittées. Il est également possible de réaliser les capillaires de retour du fluide en creusant des rainures à l'intérieur du tube constituant le caloducSystèmes diphasiques de contrôle thermique, Éd. Techniques Ingénieur, consulté le 20 juin 2019.. Sur de courtes distances, l'utilisation de mousses métalliquesSystème de caloduc sans mèche, sur industrie-mag.com, consulté le 4 octobre 2017. a parfois démontré son efficacité.

Lorsqu'ils sont correctement dimensionnés, les caloducs offrent une conductivité thermique apparente bien plus élevée que les métaux usuels (cuivre et aluminium), ce qui les rend supérieurs à la simple conduction de la chaleur par diffusion sous l'effet d'un gradient thermique.

Domaines d'applications

Les caloducs sont utilisés dans des domaines très variés comme le ferroviaireVoir application, sur cecla-ahtt.fr (consulté le 14 février 2016)., l’aérospatialVoir 1.4 Solution retenue , sur isilf.be (consulté le 14 février 2016)., sur des composants électroniquesVoir refroidissement actif., le refroidissement de logique et d'électronique de puissanceRefroidissement diphasique de pointe, sur mersen.com (consulté le 14 février 2016)..

Ils sont beaucoup utilisés dans les capteurs solaires à tube en verre pour la production d'eau chaude (sanitaire ou chauffage). Introduits au centre d'une sorte de bouteille isotherme, leur extrémité chaude est en contact avec l'eau qui circule dans le circuit capteur-serpentin du ballon.

Les caloducs sont utilisés pour le refroidissement des satellites, notamment de télécommunications. L'absence d'atmosphère empêchant la ventilation, les caloducs transfèrent la chaleur des équipements situés à l'intérieur du satellite vers les parois, où elle est évacuée par rayonnement.

Les caloducs sont utilisés dans les moules en plasturgie. Pour évacuer les calories d'une broche, ou d'un tiroir, un caloduc est inséré dans l'empreinte ; l'autre extrémité du caloduc est en contact avec le fluide caloporteur, ou éventuellement la carcasse du moule. Cela permet de refroidir efficacement une broche où il est impossible de faire passer un fluide caloporteur, à cause de son faible diamètre par exemple.

L’utilisation de dissipateurs à caloducs s'est démocratisée dans les domaines du refroidissement de microprocesseurs de micro-ordinateurs, dans le cadre d’. Les caloducs sont de plus en plus présents, sur beaucoup des nouveaux ventirads milieu et haut de gamme, ce qui permet souvent de s’affranchir du refroidissement liquide délicat à mettre en œuvre.

Depuis 1976, ils sont aussi utilisés pour les panneaux solaires thermiques..

Les caloducs sont parfois utilisés pour le transport d'hydrocarbures afin de maintenir la température du pergélisol suffisamment basse. Par exemple, l'oléoduc trans-Alaska transporte du pétrole en Alaska aux États-Unis. Sous sa forme liquide, la température du pétrole est supérieure à celle du pergélisol. De plus, la circulation du pétrole produit de la chaleur à cause de la friction sur les parois du pipeline ; la turbulence du fluide crée aussi de la chaleur. Cette dernière est en partie transmise aux structures métalliques à proximité, y compris les structures portantes du pipeline. Leur température peut donc faire fondre le pergélisol sur lequel elles s'appuient. Dès lors, les structures peuvent s'enfoncer dans le sol et ainsi provoquer des torsions, voire des bris au pipeline. Pour prévenir le dégel du pergélisol, chaque structure portante de l'oléoduc est pourvue de quatre caloducs verticaux (des thermosiphons)..

Histoire Le principe du caloduc est découvert dans les années 1930, mais aucun usage industriel n'est alors trouvé. En 1963, au laboratoire national de Los Alamos, grâce aux travaux du physicien George Grover, le premier caloduc est mis au point Karen Freeman, « George M. Grover, 81, Inventor of Popular Heat Transfer Device », The New York Times, 3 novembre 1996 (consulté le 28 avril 2008).. Celui-ci est composé d'un tube de de diamètre et de de longueur, et de sodium pour le fluide caloporteur. Il fonctionne à une température d'environ et une puissance de chauffe de Review of Liquid Metal Heat Pipe Work, laboratoire national de Los Alamos (consulté le 5 février 2016)..

Notes et références Notes

Références

Voir aussi Bibliographie

Articles connexes Refroidissement à air

Liens externes Heat pipe selection guide Les ventirads heatpipe : Aerocool et TTIC (fonctionnement d'un caloduc) Fabricant de mousse métallique décrivant son utilisation dans les caloducs

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