Les systèmes électroniques ne fonctionnent pas bien dans la chaleur – ce qui est un problème, car, à quelques exceptions près, la chaleur est un sous-produit normal de l’électricité. Les chercheurs ont maintenant développé une diode thermique: un composant informatique qui fonctionne à la chaleur au lieu de l’électricité. Ce pourrait être la première étape vers la fabrication d’ordinateurs résistants à la chaleur qui peuvent fonctionner dans des endroits extrêmement chauds, comme sur Venus ou profondément à l’intérieur de la Terre, sans broncher.
Une diode classique est un composant logique clé dans les circuits électroniques qui permet à l’électricité de circuler librement dans une direction mais pas dans l’autre sens. Ces composants essentiels tombent souvent en panne à des températures élevées ou lorsqu’ils sont exposés à des rayonnements ionisants, mais afin d’aider à créer des systèmes informatiques plus résistants, une équipe de l’Université de Nebraska-Lincoln a développé des diodes thermiques alimentées par de la chaleur au lieu de l’électricité.
« Si vous en pensez, quoi que vous fassiez avec l’électricité, vous devriez (aussi) pouvoir le faire avec la chaleur, car ils sont similaires à bien des égards », explique Sidy Ndao, co-auteur de l’étude. « En principe, ils sont tous deux des porteurs d’énergie. Si vous pouviez contrôler la chaleur, vous pouvez l’utiliser pour faire de l’informatique et éviter le problème de surchauffe ».
La diode thermique de l’équipe se compose de paires de surfaces, où l’une est fixée et l’autre peut être déplacée plus ou moins de son homologue stationnaire. Ce mouvement est automatiquement manipulé par le système pour maximiser le transfert de chaleur: lorsque la surface mobile est plus chaude que celle qui est immobile, elle s’active à l’intérieur et augmente la vitesse de déplacement de la chaleur vers la surface plus fraîche.
Lorsque ceci est réalisé à des températures comprises entre 102 ° et 257 °C, la diode thermique atteint un taux de transfert de chaleur maximal d’environ 11 %, mais l’équipe a signalé que l’appareil pouvait fonctionner à des températures aussi élevées que 327 °C. Sidy Ndao croit que les versions futures pourraient même fonctionner jusqu’à 704 °C, ce qui pourrait conduire à des ordinateurs qui peuvent fonctionner dans des conditions de chaleur extrêmes.
« Nous sommes en train de créer essentiellement un ordinateur thermique », explique Sidy Ndao. « Il pourrait être utilisé pour l’exploration spatiale, pour explorer le noyau de la Terre, pour le forage pétrolier, pour de nombreuses applications. Cela pourrait nous permettre de faire des calculs et de traiter des données en temps réel dans des endroits où nous n’avons pas pu le faire auparavant. «
Même lorsqu’ils ne fonctionnent pas dans le noyau fondu de la planète, les appareils électroniques peuvent surchauffer et s’endommager eux-mêmes s’ils ne sont pas correctement refroidis par des ventilateurs ou des systèmes de circulation d’eau. À mesure que de grandes tâches sont transmises aux ordinateurs, des tactiques de refroidissement plus élaborées sont nécessaires et, à cette fin, Lockheed Martin a travaillé à l’incorporation de gouttelettes d’eau microscopiques dans les puces, IBM a développé la technique contre-intuitive de refroidissement à l’eau tiède et Microsoft s’est tournée vers l’énergie de l’océan lui-même pour refroidir un grand centre de données.
En utilisant des composants comme les diodes thermiques, les chercheurs disent qu’une partie de cette chaleur gaspillée pourrait plutôt être renvoyée dans le système en tant que source d’énergie alternative, améliorant ainsi son efficacité énergétique.
« On dit maintenant que près de 60% de l’énergie produite pour la consommation énergétique aux États-Unis est gaspillée en chaleur », explique Sidy Ndao. « Si vous pouviez exploiter cette chaleur et l’utiliser pour alimenter ces appareils en énergie, vous pouvez évidemment réduire les déchets et le coût de l’énergie ».
Les chercheurs travaillent actuellement à améliorer l’efficacité de leur diode thermique. Mais comme les diodes ne sont pas le seul composant électronique, un véritable ordinateur thermique aurait besoin que le reste de son système puisse résister à ces températures.
« Si nous pouvons atteindre une efficacité élevée, montrer que nous pouvons faire des calculs et faire fonctionner un système logique expérimentalement, alors nous pouvons avoir une preuve de concept », a déclaré Mahmoud Elzouka, co-auteur de l’étude. «
http://news.unl.edu/newsrooms/today/article/researchers-harness-heat-to-power-computers/
https://www.nature.com/articles/srep44901
