Le watercooling est une technique de refroidissement par eau comme dans les automobiles. L’eau possède en effet des qualités de conductions thermiques très supérieures à l’air (20 fois supérieures), lui permettant d’évacuer les calories dégagées par votre processeur de manière plus efficace que l’air.

Le watercooling est très efficace et permet des refroidissements supérieurs à l’aircooling. Les overclockeurs adoptent cette technique pour leurs processeurs surcadencés en fréquences et voltages...

Les types de Watercooling

Deux types de système existent : LDPC et HDPC. En LDPC, on mise sur un débit important et une circulation rapide, alors qu’en HDPC on mise plus sur un passage lent ; l’eau est donc refroidie et chauffée plus longtemps, améliorant ainsi les échanges. Les deux proposent de bonnes solutions et sont équivalents.

• Les systèmes LDPC nécessitent des pompes à gros débit (1 200 l/h), des tuyaux à fort diamètre (12 mm), beaucoup de liquide, donc un gros réservoir et des waterblocks adaptés.
• Les systèmes HDPC sont de plus petite taille et nécessitent moins de liquide, des tuyaux de plus petit diamètre (8 à 10 mm au maximum) et des pompes à faible débit (300 à 600 l/h au maximum)et des waterblocks avec microstructure.

Les composants d’un système Watercooling

Un système de watercooling est composé de plusieurs éléments :

• le waterblock : pièce qui est fixée sur le processeur muni d’une arrivée d’eau et d’une sortie. L’eau froide est projetée dans le waterblock, récupère la chaleur en parcourant un maze (labyrinthe) ou des microstructures, et est ensuite évacuée ;
• la tuyauterie : des tuyaux servent à transporter l’eau de la pompe aux waterblocks, puis de ceux-ci au système d’échange de chaleur, et sont munis d’embouts pour se fixer à ces différents éléments ;
• la pompe : permet de créer le flux du fluide dans l’ensemble ;
• l’échangeur : chargé de refroidir le fluide. Sous la forme de très grands radiateurs ou d’un boîtier muni d’un ventilateur ;
• le réservoir : contenant l’eau en surplus du système.

Les solutions de watercooling ne riment pas toutes avec silence, même si les ventilateurs disparaissent à l’intérieur du boîtier. La pompe nécessaire à la circulation de l’eau dans les tuyaux produit du bruit ainsi que le système de refroidissement du fluide équipé d’un ou de plusieurs ventilateurs.

La plupart des constructeurs fournissent des kits complets contenant tout le matériel nécessaire déjà monté et à l’installation ainsi facilitée. Ils permettent une première approche afin d’aborder facilement le watercooling.

Il ne faut cependant pas espérer les performances d’un système de watercooling externe ou personnalisé. Pour les meilleurs, les performances arrivent au bas niveau des ténors du refroidissement par air. Sur certains modèles peu nombreux, il existe un petit plus : le changement du ventilateur par un autre à plus fort débit, ou du waterblock CPU, permet d’atteindre des performances vraiment plus élevées. Ils se présentent sous différentes formes, souvent assez compactes. Ainsi, on trouve des systèmes se fixant à la place du ventilateur arrière du boîtier (sous l’alimentation), ou au format 5"1/4 occupant un ou deux emplacements dévolus normalement aux lecteurs de CD/DVD, des systèmes à fixer à l’intérieur du boîtier ou des blocs complètement séparés, situés à l’extérieur dans un boîtier ou même sous la forme d’une tour externe ou d’un radiateur (fan less) de grande taille (plusieurs dizaines de centimètres).

Liquide caloporteur

Le liquide qui circule dans le circuit du watercooling a une très forte propension à emmagasiner la chaleur qu’il collecte dans le waterblock CPU et à la restituer dans le radiateur où elle sera dispersée par aircooling. Le liquide caloporteur est de l’eau déminéralisée à laquelle on ajoute un additif empêchant la prolifération des algues et micro-organismes divers qui pourrait à terme boucher tuyaux et microstructures des waterblocks. Ce fluide est non conducteur limitant les risques de court-circuit en cas de fuite.

Un problème d’oxydoréduction peut quelquefois se produire quand le circuit d’eau est en contact avec des métaux différents, par exemple le cuivre du waterblock et l’aluminium du radiateur. L’aluminium va petit à petit se détacher du radiateur et se déposer sur le cuivre du waterblock pouvant boucher les microstructures ou même percer le radiateur ! Il rend ainsi votre système inutilisable. Plusieurs solutions limitent ou empêchent ce genre de problème :

• utiliser le même métal sur l’ensemble du système, en éliminant ainsi l’oxydoréduction ;
• ajouter du liquide de refroidissement (une proportion de 1/3) dans le circuit, ce qui limite fortement le phénomène d’oxydoréduction ;
• réaliser des vidanges complètes du circuit à intervalles réguliers et remplacer ainsi tout le liquide du système par du liquide neuf. Pour les fans de tuning, des additifs colorés ou réagissant aux UV (fluorescéine) peuvent être mélangés au liquide.

Les tuyaux

Les tuyaux sont en matière plastique. Ils doivent être assez souples ou semi-rigides pour permettre un flux d’eau constant, même quand ils sont pliés, et résister aux fortes températures avec lesquelles ils peuvent entrer en contact. Il existe différentes tailles, leurs caractéristiques indiquent le diamètre extérieur / intérieur en mm par exemple 10/8.

Les diamètres minimaux doivent être adaptés au type du système LDPC ou HDPC :

• en LDPC, le 16/12 (diamètre : 16 mm externes et 12 mm internes) ;
• en HDPC, du 8/6 au 10/8.

Les embouts

Ils sont la base de l’étanchéité d’un circuit. C’est, dans la majorité des cas, à leur niveau qu’on verra apparaître les fuites. Les embouts servent à connecter les tuyaux au waterblock, au réservoir, à la pompe... La taille du filetage ou de la partie à connecter est à bien vérifier pour l’adapter, sur un waterblock précis par exemple. Le diamètre de l’autre extrémité doit correspondre à celui du tuyau sur lequel il s’adapte. Les embouts sont à la norme Plug and Cool ou équipés d’une canule. De toute façon, le tuyau est placé en force dans l’embout. Prenez soin de réaliser une découpe parfaitement propre et droite du tuyau, surtout pour les canules, afin d’éviter les déchirements et les fuites. La taille est indiquée en pouce (1 pouce = 2,54 cm), une taille de 1/2 correspond à un diamètre de 12 mm, 3/8 à 10 mm...

Échangeur de chaleur : le radiateur

Le radiateur a la charge de refroidir le liquide caloporteur. Pour cela le liquide circule dans des caloducs et transmet ses calories (la chaleur) aux ailettes qui dissipent la chaleur. Il est souvent compact, aidé dans sa tâche par un ou plusieurs ventilateurs. Certains sont complètement passifs et se présentent sous la forme d’une tour ou d’un panneau de plusieurs dizaines de centimètres fonctionnant par convection naturelle, d’où leur taille imposante pour être efficace.

Réservoir et inertie thermique

Il contient le surplus de liquide du système, permet d’en rajouter (pour pallier l’évaporation) ou de vidanger le système. Muni d’une sonde thermique, il permet de surveiller la température de l’eau dans le système.

Un réservoir de grande taille influe peu sur la performance du système, mais agit sur l’inertie thermique de l’ensemble.

Prenons un système avec 3 litres de liquide. Au démarrage du système, l’eau se trouve, par exemple, à 20 °C (la température ambiante). Au début du fonctionnement du système, le liquide froid va récupérer beaucoup de chaleur dans le waterblock CPU et monter à 60 °C (différentiel de 40 °C). Le liquide est alors envoyé dans le radiateur qui va disperser une partie de sa chaleur. L’eau ressortira du radiateur, par exemple, à 30 °C. Cette eau est alors réinjectée dans le circuit pour refroidir de nouveau le processeur, donc remonter à 60 °C (différentiel de 30 °C), et déjà le système est moins efficace. Le liquide va être une nouvelle fois refroidi par le radiateur qui lui aussi monte en température. Il abaissera la température un peu moins que la première fois tandis qu’il se réchauffera lui-même. L’eau ressortira à 35 °C (différentiel de 25 °C). Le cycle se répète jusqu’à atteindre un point d’équilibre où le circuit d’eau est divisé en deux voies de températures différentes. Par exemple, la partie qui refroidit à 40 °C et la partie à refroidir à 60 °C. Le radiateur évacuant toujours la même quantité de chaleur.

L’inertie thermique est le temps que met le système à atteindre ce point d’équilibre. Ce temps sera forcément plus long si l’on a 3 litres plutôt que 200 ml de liquide.

Cette inertie influe peu sur les performances, car la chaleur ne monte pas indéfiniment dans le système. Une fois le point d’équilibre atteint, le système de watercooling - donc le radiateur responsable de la déperdition de chaleur - évacuera toujours la même quantité de chaleur. Tout au plus avec une grande quantité de liquide, le système sera plus performant dans les premières heures suivant le démarrage du système.

La pompe

Les mêmes constructeurs de pompes pour aquarium fabriquent celles pour les systèmes de watercooling. Ce qui caractérise les pompes, c’est leurs débits en litre par heure (l/h). Les modèles bas de gamme sont dans les 300 l/h et peuvent monter à plus de 2 000 l/h. Une pompe moyenne débite 600 à 700 l/h et peut fonctionner sur les systèmes HDPC et LDPC avec 2 ou 3 éléments (processeur, carte graphique et chipset). Le LDPC nécessite des pompes à fort débit, mais 1 200 l/h semble un maximum ; au-delà le surplus de débit ne permet pas de refroidir plus.

En LDPC, les pompes utilisées peuvent avoir de très gros débits, en revanche, elles risquent de forcer sur des systèmes HDPC aux waterblocks freinant le débit. Certaines pompes sont alimentées en 220 V, d’autres en 12 V sur l’alimentation de l’ordinateur. L’avantage des systèmes se branchant sur l’alimentation du PC est qu’ils s’allument et s’éteignent automatiquement avec l’ordinateur, alors qu’il faut penser à allumer les systèmes sur secteur avant l’allumage du PC et l’arrêter une fois le PC éteint. Le silence de fonctionnement est un détail à ne pas négliger. D’ailleurs, de nombreux constructeurs l’intègrent au réservoir dans lequel la pompe est plongée. Ainsi isolées de l’extérieur par la masse de liquide, les nuisances sonores sont quasi nulles.

Le Waterblock

Dispositif principal du système, il se fixe sur le processeur en lieu et place du ventirad grâce à un système d’accroche, dont il faut d’ailleurs vérifier la compatibilité vu la diversité de sockets existant. C’est une importante masse de cuivre directement en contact avec le processeur. Pourvus de deux embouts : un pour l’arrivée d’eau froide, et l’autre pour évacuer l’eau réchauffée par le corps du waterblock.

On peut remarquer qu’il en existe aussi pour les cartes graphiques, les chipsets, mais aussi les disques durs ou les barrettes mémoires permettant de construire un refroidissement complet. Sa fonction est donc de recevoir la chaleur du processeur et de la transmettre au liquide. À l’image des radiateurs, on en trouve en cuivre ; certains, plaqués argent ou or.

L’architecture interne du waterblock est particulièrement étudiée et est souvent la cause de son efficacité. On trouve deux types de waterblock LPDC (faible perte de charge) avec un maze (labyrinthe simple) et HPDC (forte perte de charge) avec des microstructures complexes.

Les LDPC misent sur un flux important, partant du principe qu’un gros débit refroidira plus qu’un petit. Les HDPC cassent le débit dans les waterblocks grâce aux microstructures, l’eau reste plus longtemps dans le corps du waterblock se chargeant de plus de chaleur. Deux méthodes opposées qui apportent les mêmes résultats, bien que le HDPC semble pouvoir être plus performant. C’est surtout d’un point de vue esthétique que la différence est marquée, les systèmes HDPC étant beaucoup plus compacts.

Matériels optionnels, mais bien pratiques

Des indicateurs de flux sont vivement conseillés. Ils permettent de contrôler que le flux circule bien dans les tuyaux. Ils peuvent être directement intégrés au réservoir ou à la pompe, ou plus simplement sous la forme d’un petit bout de tube, intercalé sur un des tuyaux du circuit.

• Air Trap : petit bout de tube en plastique de quelques centimètres que l’on insère dans un tuyau du circuit, et dont le rôle est de capturer et d’évacuer les éventuelles bulles d’air.

• Un écran LCD peut équiper le panneau frontal des pompes ou réservoirs, souvent sur les kits « tout-en-un ». Il indique en temps réel la température de l’eau, du processeur... avec des émissions d’alarme si les seuils sont dépassés ou le niveau d’eau trop bas.

• Un dispositif d’allumage couplé à l’alimentation du PC permet d’allumer et d’éteindre simultanément le PC et le système de watercooling.