Les bulles qui se forment sur une surface chauffée créent un petit recul lorsqu'elles la quittent, comme le coup de pied d'un fusil tirant à blanc. Aujourd'hui chercheurs à l'Université de l'Illinois à Chicago, sous financement de la NASA, ont montré comment cette force minuscule peut être exploitée pour mélanger du liquide de refroidissement autour de la microélectronique à haute puissance, dans l'espace ou sur Terre.

La force de recul de la vapeur "n'est pas bien étudiée, et n'a jamais été appliqué, à ma connaissance, " dit Alexandre Yarine, UIC Distinguished Professor of Mechanical Engineering et auteur principal de l'étude, publié dans la revue Microgravité naturelle .

"Dans les vols vers Mars ou la Lune, les équipements comme les ordinateurs génèrent beaucoup de chaleur, " a déclaré Yarin. Au fur et à mesure que les ordinateurs et les puces deviennent plus petits et plus serrés, la production de chaleur devient une restriction de la puissance de calcul.

Les ingénieurs se sont penchés sur « l'ébullition en piscine, " qui est un refroidissement liquide à une température proche du point d'ébullition du fluide. En ébullition, toute la chaleur est absorbée en convertissant le liquide en vapeur, sans nouvelle élévation de température jusqu'à ce que le changement de phase soit terminé.

Mais le manque de gravité dans l'espace pose un problème particulier pour l'ébullition en piscine :les bulles n'ont aucune flottabilité.

"Sur Terre, les bulles montent, et le liquide de refroidissement froid entre, " dit Yarin. " Mais dans l'espace, les bulles ne montent pas. Ils restent sur la surface immergée, et peuvent fusionner pour former une couche de vapeur isolante, et le processus d'élimination de la chaleur est interrompu.

"Vous pouvez essayer le mélange mécanique, mais un moteur crée aussi de la chaleur. Vous pouvez essayer un champ électrique puissant, mais cela produit aussi de la chaleur et crée d'autres problèmes, ", a-t-il déclaré. Les deux méthodes prennent de la place et nécessitent de l'énergie.

Yarin et ses collègues ont pris en sandwich deux puces de circuit générant de la chaleur dos à dos. En alternant la tension aux deux puces, ils étaient capables de faire osciller l'appareil d'avant en arrière à travers le liquide de refroidissement à environ 1 centimètre par seconde.

"Quand une puce fonctionne, il produit des bulles et une force de recul. Puis l'autre, et il repousse - assez pour faire basculer les copeaux dans le fluide de refroidissement et éliminer les bulles, " dit Yarine.

"Il fonctionne avec ou sans gravité - dans l'espace, exactement comme sur Terre."

Les chercheurs ont également montré que la force est plus grande lorsque les bulles sont plus petites et plus nombreuses, résultant en une oscillation d'arc et de vitesse plus importants. Des nanofibres en polymère ont été soufflées de manière supersonique sur les puces, créant une nanotexture pour une nucléation accrue des bulles.

"Chaque bulle fonctionne comme une propulsion à réaction, " dit Sumit Sinha-Ray, Doctorant et co-auteur de l'étude de Yarin. "Quand une bulle quitte une surface immergée, il repousse la surface. Vous ne le voyez pas, car les bulles sont minuscules et la surface est grande. Mais nous avons organisé les bulles pour que la puce se balance."