Réduire les nuisances sonores

4. Choisir et améliorer un dissipateur

Fonctionnement d´un dissipateur

Que ce soit pour le chipset, la carte graphique ou encore le processeur, on a besoin d´un dissipateur. Celui-ci permet de transférer la chaleur par :

• conduction entre l´élément à refroidir, et le dissipateur. Plus la surface de contact est grande, meilleure est la conduction. La pâte thermique permet de compenser les micro-trous des matériaux (l´air est fortement isolant).
• convection (forcée avec un ventilateur) à l´air ambiant : le principal paramètre est la surface d´échange entre le dissipateur et l´air.

Conduction et convection thermique

Le matériau constituant le dissipateur a lui aussi une grande importance : s´il conduit peu la chaleur, l´extrémité des ailettes sera moins chaude et participera donc moins au transfert de chaleur. Le diamant offre des performances remarquables : conductivité thermique de 800-2000 W.m^-1.K^-1... mais son prix en fait une solution peu envisageable. Le cuivre et l´argent (environ 400 W.m^-1.K^-1) sont plus intéressants que l´aluminium (235 W.m^-1.K^-1), ce qui explique que les ventirads disposant de cuivre sont généralement plus performants. Cependant, la masse volumique du cuivre joue en sa défaveur... Récemment, les Heat-Pipe ont permis de faciliter le transfert de chaleur vers l´extrémité des ailettes, d´où d´excellentes performances en général pour les produits qui en sont équipés.
Les solutions ayant donc un bon compromis entre poid et performances sont donc construits avec une base en cuivre soudée à des Heat-pipes pour transférer la chaleur vers des ailettes en aluminium.

Un exemple de dissipateur performant : le thermalright XP90 avec base en cuivre (recouvert de nickel), 4 Heat pipes et des ailettes en aluminium

Améliorer les performances du dissipateur

Cas de la convection forcée

Si l´élément à refroidir ne chauffe pas énormément, le flux d´air du boitier peut suffire. C´est le cas des chipsets n´intégrant pas de solutions graphiques, hormis le NForce4. A noter que Zalman a toujours proposé des solutions passives performantes, voire plus performantes que des dissipateurs à ventilateur.
Dans les autres cas, plus le ventilateur aura un fort débit, plus le refroidissement sera performant... et les nuisances sonores conséquentes ! Il est donc fort judicieux d´investir dans un ventirad performant et un ventilateur silencieux, achetés séparément.
Pour les processeurs on se tournera vers des produits Thermalright, Zalman, Noctua... et pour les cartes graphiques vers Zalman, Arctic-cooling ou Thermalright. Evidement, la liste n´est pas exhaustive, mais ces marques là proposent des solutions "haut de gamme" en terme de performance.
Les liens suivants renvoient sur quelques comparatifs : ici pour les processeurs et là pour les cartes graphiques.

Améliorer la conduction thermique : rugosité des surfaces et pâte thermique

La rugosité des surfaces en contact entre l´élément à refroidir et le dissipateur est un élément influant fortement sur la performance d´un dissipateur. Lors d´un contact sec, les micro-cavités d´air se trouvant entre 2 parois rugueuses jouent le rôle de frain thermique. La solution la plus performante passe par des surfaces polies et extrêmement planes. Le rôle de la pâte thermique est de combler ces interstices par un matériau moins isolant. Ses performances étant intermédiaire entre les métaux et l´air, il convient de ne pas en mettre en excès. Typiquement, on recouvre au moins 6 P4/Core2 avec une seringue de 3.5g. Actuellement, la meilleure pâte thermique (rapport prix/performances et performances brutes) reste l´Arctic Silver 5, qui, rappellons-le, ne conduit pas l´électricité. On n´hé;sitera pas à remplacer la patte en place et "gracieusement" fournie avec tout ventirad. Malheureusement, ceci s´accompagne de la perte de la garantie car le trou présent sur les HeatSpread permet aux vendeurs de constater le changement de la patte (voir le trou sur la photo de gauche de mon PIV un peu plus bas).

Contact sec avec surfaces rugueuses, puis avec pâte thermique, et enfin contact entre surfaces polies

Si la surface de contact d´un ventirad n´est pas suffisament lisse, il convient donc de la polir ! Si une telle intervention se traduit par un effet miroir, elle ne garantie pas une bonne planéïté : c´est d´ailleurs la principale difficulté. Utiliser un marbre est essentiel, ainsi que beaucoup de patience. Le polissage se fait par différents paliers en affinant la granulométrie. Compter au moins 2h si ce n´est pas le double pour obtenir un bon résultat. A noter que les surfaces polies sans pâte thermique me donnent le même résultat en température que non polies avec pâte thermique. En mettant très peu d´Arctic Silver 5, on gagne quelques précieux degrès.

Ventirad d´un Sempron 2400 : tout comme chez son concurrent Intel, c´est un ventirad avec un état de surface assez médiocre (stries visibles) et un pad thermique de mauvaise qualité, surtout face à de l´Arctic Silver 5

Reflet d´une Webcam sur un P4 2.4C poli- Reflet d´une vis sur ce P4 - Reflet d´une vis sur l´ancien Zalman CNPS 7000 AlCu - Double reflet

La FEPA définie les normes des papiers abrasifs de la famille "P" en, précisant le diamètre moyen des grains :

Pour plus de détails sur les gains envisageables et la façon de faire pour le polissage, on pourra se tourner vers cet autre article du site.

Cas des cartes graphiques

Solutions commerciales : un premier exemple avec une X850 XT

Généralement, il n´est pas possible de choisir le ventilateur des cartes graphiques. Fort heureusement, on trouve d´excellent produits alternatifs, avec des ventilateurs de grande dimension, généralement peu bruyants. A noter que certains produits refluent la chaleur directement à l´extérieur, ce qui limite la chaleur au sein du boitier.

A gauche, le ventirad d´Asus (très bruyant). A droite, un ATI Silencer modifié. Les ventilateurs ont une taille relativement proche

Les bons dissipateurs refroidissent efficacement la mémoire, en plus du GPU. On pourra même aller encore plus loin en découpant des dissipateurs et en les fixant sur les supports de refroidissement. Ci dessus, c´est un dissipateur Intel Slot 1 qui a été découpé et collé sur la tranche d´un ATI Silencer. Des mini dissipateurs ont eux aussi été ajoutés en face des puces (kit Zalman ZM-RHS1). On remarquera les ventilateurs en fond de boitier qui envoient l´air directement sur la carte graphique. Ainsi préparée, la X850 XT d´Asus tient alors les fréquences 576/588 MHz au lieu de 520/540 MHz, avec un ventilateur qui tourne à 6V environ.
L´ajout d´un dissipateur de PIII slot 1 sur la tranche de l´ATI Silencer (la pièce en noir) est efficace, comme le montre le graphe ci dessous.

Températures pour une X850 XT @576/588, après une heure de Nexuiz (1680 x 1050), ventilateur à 6V

Solutions commerciales : un second exemple avec une HD3850

La préparation d´un dissipateur peut parfois cumuler tous les avantages. Notamment, c´est le cas avec l´Accelero S1 rev. 2, qui présente des performances intéressantes en passif, tout en proposant une surface d´échange colossale, et particulièrement adaptée pour ajouter des ventilateurs de grande taille. Ainsi, avec deux ventilateurs de 92 mm (NoiseBlocker SE2), tournant à mi vitesse (soit 6 V par ventilateur, en les branchant en série), on obtient un gain de 39°C sur les solutions d´origine... et avec un niveau sonore extêmement faible.

Montage des deux Noiseblocker SE 92 sur un Accelero S1 Rev. 2

Les résultats sont remarquables, et permettent facilement un overclocking de l´ordre de 20% sur la mémoire et le GPU. En 3D, l´overclocking ne joue alors que sur 4°C...

Mesures de température sur une HD3850 AGP (test sous RealTime HDR)
¹ : configuration différente pour cette mesure : Boitier Textorm 6A19 modifié (120 mm ajouté au fond + 120 mm en façace et arrière @ 5-7V selon la charge), carte en PCI-e, Core2Duo E6750 @ 3.2GHz

Là encore, pour plus de détails, on pourra se pencher sur ce test de l´Accelero S1 rev.2 qui décrit aussi le montage avec ces ventilateurs.

Solutions "Home Made"

Dans certains cas, on ne trouve pas de solution toute prête pour ventiler efficacement une carte. Ce fut le cas par exemple de certaines FX5200 (ici une Leadtek) qui au bout de quelques mois d´utilisation se mettent à planter sous les jeux... et sous Windows ! La raison ? Le ventilateur de 40 mm, placé sur un dissipateur plus petit que ce dernier, qui montre des signes de faiblesse.
Malheureusement pas de solutions toutes prêtes pour ce genre de cartes (hormis les Zalman VF700). Ce genre de carte chauffe relativement peu : on peut donc y monter un dissipateur de chipset, à condition qu´il soit efficace. Un Zalman ZM-NB47J peut convenir, mais il faudra lui adjoindre un ventilateur pour éviter que la chaleur ne s´accumule sous la carte, même avec un boitier bien ventilé. Un ventilateur de CPU (60 mm) en 5V suffit alors très largement, assurant un fonctionnement très discrêt.

La solution une fois montée (en insert, le ventirad d´origine à l´échelle)

On notera que la solution d´origine et le ZM-NB47J occupent une surface similaire, mais le Zalman est 4 à 5 fois plus haut avec une surface d´échange nettement plus importante.