Introduction:
La puissance de nos processeurs - véritable cerveaux de nos ordinateurs – ne cesse d’augmenter depuis leur création de par l’augmentation de leur fréquences, et par la multiplication du nombre de cœurs - Intel, n°1 des microprocesseurs a sorti son Core i7 hexacœurs 980X Extreme Edition le 11 mars dernier -. Cela nous a obligé à trouver une façon de mieux les refroidir. L’usage de pâte thermique est une de ces façons les moins onéreuses.
1) Prérequis
a) Familiarisation à l'univers informatique
Voici un ordinateur, cela peu paraître assez compliqué
à première vu 
, mais il est possible de distinguer plusieurs composants essentiels qui vont être utiles pour comprendre la suite...D'une part on distingue la carte mère , qui sert de support et accueille différents périphériques et composants informatiques dont le processeur.
Mais lorsque celui-ci travaille, il dégage une certaine quantité de chaleur, c'est pour cette raison qu'il est essentiel de poser un radiateur dont le rôle est d'augmenter la surface d'échange thermique du processeur. Puis intervient le ventilateur, qui lui est chargé d'évacuer cette chaleur hors du radiateur, et du boîtier.
Une fois les composants intéressants démontés de la tour, on obtient:
On va dorénavant s'intéresser plus précisément à la zone de contact entre le processeur et le radiateur. C'est ici que va se jouer une grande partie de l'efficacité de votre refroidissement. En effet, à la sortie de l'usine, le radiateur et le processeur présentent des irrégularités de surfaces, c'est-à-dire que les deux surfaces en contact ne sont pas parfaitement planes. Elles sont planes à grossièrement quelques micromètres près. Et alors où est le problème, on va pas chipoter pour quelques µm
? Le problème, c'est que dans ces aspérités va se nicher ... de l'air qui est un bon isolant thermique.
Isolant thermique ?
. Un isolant thermique est un composé qui ne conduit pas bien là chaleur, il possède donc une faible conductivité thermique. Le but du jeu est donc de créer une sorte de join thermique afin d'assurer la continuité du flux thermique, c'est-à-dire une évacuation efficace de la chaleur que génère votre processeur.b) Architecture de base du processeur
Pour pouvoir comprendre le paragraphe qui va suivre il est important de connaître brièvement l'architecture du processeur utilisé. Le processeur utilisé est un Intel Pentium dualcore E6300 (deux cœurs), il possède donc deux unités de traitement travaillant en parallèle aux tâches qu'on leurs confit. Ce qui est important, c'est l'orientation de ces cœurs. En effet, pour ce type d'architecture de processeur, les cœurs sont disposés à la verticale, il n'est donc pas a priori idiot de penser que l'orientation de pâte thermique suivant celles des cœurs (la verticale) devrait offrir un meilleur échange thermique.
Remarque: ceci peut paraître anodin, mais pour un quadcore (quatre cœurs), c'est différent. Par exemple pour les processeurs de type Intel Core 2 Quad, les cœurs sont disposés de manière horizontale, et donc l'application de pâte thermique est plus efficace suivant l'horizontale.
c) Conductivité thermique de quelques composés
Voici un rapide graphique récapitulant l'excellente conductivité thermique des métaux, c'est pourquoi on retrouve souvent du cuivre et de l'aluminium dans la base des radiateurs, ou dans les caloducs (tuyaux
) partant de celle-ci. L'argent lui sert plutôt dans les pâtes thermiques efficaces comme l'Arctic Silver 5 par exemple. J'ai également mis la conductivité thermique de l'air sur le graphe pour que l'on puisse se rendre compte de l'utilité de combler les aspérités présentes à la surfaces du processeur et du radiateur en contact. 
On remarque également que la conductivité thermique du diamant est excellente, de plus, celui-ci présente l'avantage d'être un bon isolant électrique ( contrairement aux métaux utilisés dans les pâtes thermiques plus"classique"), c'est ce qui explique que depuis 2008, on voit apparaître des pâtes thermiques à base de particules de diamant, tel que IC Diamond 7 Carat, qui se permet de surpasser l'Arctic Silver 5 (une des meilleures, si ce n'est LA meilleure pâte thermique métallique du marché) de 2°C à 3°C.
d) Configuration utilisée
On va s'attarder quelques instants sur la configuration utilisée
:Boîtier: Antec NSK4480B II
Alimentation: Corsair HX 520 Watts
Carte mère: Asus P5K/ Asus P5Q-C
Processeur + ventirad: Intel Pentium Dual Core E6300 (2,8Ghz) + Scythe Mugen II
Carte graphique + ventirad: HD 4890 1Go + Scythe Musashi
Mémoire vive: 4x1Go DDR2 PC6400 G.Skill PK
Disque dur n°1: Western Digital Caviar WD5000AAKS-00A7B2 (465Go)
Disque dur n°2: Maxtor DiamondMax 10 6V320F0 (298Go)
Système d'exploitation: Windows Vista Ultimate 32 bits
Remarques:
_La carte mère Asus P5K est morte à la moitié du test (Requiescat in pace
), j'ai donc pris une carte mère relativement proche (la différence entre les chipsets P35 et P45 étant minimes) Asus P5Q-C. De plus, par la suite, je vais m'intéresser à un delta (différence) entre deux température, donc même si les sondes thermiques sur les deux cartes mères ne sont pas exactement calibrer pareilles cela n'a aucune d'importance, car je ne m'intéresse qu'a une différence entre deux températures, celles de la température maximale du processeur et celle de l'air ambiant._Aucun élément du PC n'est changé de place durant la série de test. En effet, la translation d'un disque dur d'un cran vers le haut dans la cage à disque dur (donc plus proche du flux d'air arrivant sur le processeur) du boîtier suffit à élever la température du processeur de 3°C.
2) Protocole expérimental
Chaque composant du PC est nettoyé au pinceau brosse, à l'essuie-tout, et à l'aspirateur (les grands moyens
). Tout y passe: disques durs, ventilateurs, carte graphique, boîtier. Un coup d'aspirateur est également passé au niveau du sol dans un rayon d'au moins 1,5m autour du PC afin d'avoir le même degré de poussière au sein de la pièce. Le PC est allumé 24h sur 24 et redémarré une ou deux fois durant la période de test, afin d'être proche du temps de pose de la pâte thermique.Le temps de pose de la pâte thermique est le temps nécessaire à partir duquel on considère que la pâte thermique a atteint son efficacité maximale, et quelle est bien rentrée dans tous les interstices disponibles entre le radiateur et le processeur. Cela dépend des constructeurs, chez Arctic Cooling, on considère que le temps de pose est de 200h, soit 8 jours et 8h (de tête
), pour des raisons pratiques, j'ai pris un temps de pose de 7 jours soit 168h .I-L'influence du motif de la pâte thermique:
Dans cette première partie, j'ai cherché à savoir si la manière dont on étale la pâte thermique a réellement une incidence sur le refroidissement de notre cher processeur. Pour cela, je me suis intéresser à 5 motifs différents:
1) Les différents motifs
Une seule goutte: ordre de grandeur: la taille d'un petit pois
Une ligne (dans le sens des deux coeurs):
Deux lignes (dans le sens des deux coeurs):
Une croix:
Une fine couche:
2) Les résultats
Rien de mieux qu'un beau graphique
Remarque: sur le graphe, vous pouvez lire le delta en température, c'est-à-dire la différence de température entre la température maximale relevée sur un des deux cœurs après une 1 heure d'OCCT et la température maximale de l'air ambiant dans la pièce aussi relevée après une 1 heure d'OCCT.
En gros il existe deux types de pâtes thermiques:
_ Celles qui on un delta en température inférieur à 27°C, par exemple une lignes ou deux lignes (suivant les cœurs), ainsi qu'une fine couche. Elles offrent de bons résultats, après environ 200 heures de pose.
_ Celles qui ont un delta en température supérieur à 27°C offrent de moins bon résultats telles qu'une seule goutte, ou pire encore, une croix
Remarque: La pâte thermique utilisée ici est de l'Arctic Silver 5, en grande quantité (voir photos)
Une question se pose, est-il vraiment nécessaire de mettre autant de pâte thermique ?
Réponse en image
...
On remarque que le delta en température est toujours supérieur à 28°C, on peut donc en conclure qu'il faut quand même mettre pas mal de pâte thermique pour avoir des résultats significatifs.
Remarque 1 : Il est évident que beaucoup ou peu de pâte thermique est relativement vague, de plus, il y a deux fois plus de pâte thermique pour le motif deux lignes que pour le motif une ligne. Mais à quoi ça sert si on fait ça au pifomètre
? La méthode utilisée à deux qualités, déjà elle a le mérite d'exister, de plus c'est ce qu'il y a de mieux à mon niveau (c'est-à-dire pour une approche assez qualitative) et à la vue du matériel dont je dispose. Ainsi beaucoup ou peu de pâte thermique sont des notions qui se veulent représentatives. Disons que d'après ce que j'ai pu observé, peu de pâte thermique signifie pas suffisamment pour couvrir toute la surface du processeur, et beaucoup de pâte thermique signifie suffisamment (comprendre en excès, plus qu'il n'en faut) pour couvrir tout la surface du processeur.Remarque 2 :Une expérience intéressante serait de peser la pâte thermique, de la disposer suivant un motif, de faire chauffer le processeur et de relever les températures, et cela tout les 0,05g, pour chaque motif, voire pour plusieurs pâtes thermiques
. Il serait alors possible de déterminer la quantité minimale de pâte thermique à appliquer pour couvrir toute la surface du processeur suivant un motif. Mais dans la vie courante, ça risquerait d'être un peu compliquer à utiliser. Bonjour, 1,15g de pâte thermique s'il-vous-plaît, c'est pour un processeur 
. De plus cette mesure serait très dépendante de l'état de surface du processeur, du radiateur, ainsi que de l'aire de contact entre ces deux composants.3) Interprétation
a) Méthode utilisée
Une question se pose, comment établir une corrélation entre l'étalement de la pâte thermique suivant un certain motif et les résultats constatés au niveau de son efficacité thermique? Pour cela rien de plus simple, il suffit d'enlever le ventirad de la carte mère et d'observer, on obtient donc ceci:
Mais pour moi ce n'est toujours pas suffisant (exigeant ce petit
). L'application d'un filtre contour accentué sous Photoshop CS2 (épaisseur 1, luminosité 15, lissage 1 pour les connaisseurs ) qui comme son nom l'indique renforce les contours va me permettre de mieux mettre en évidence où se trouve la pâte thermique (elle ne pourra plus se cacher 
).
Remarque: l'image est au préalable recadrée en 480x640 pixels.
b) Visualisation des différents motifs
Les motifs qui marchent bien
:
Les motifs qui marchent moyennement
: 
Remarque: Avant toute interprétation, il est important de noter que le contraste diffère d'une photo à l'autre. Je ne me lancerais pas dans une comparaison d'une photo à l'autre, mais plutôt photo par photo. On va juste s'intéresser à situer les zones claires (fine couche de pâte thermique, voire absence de celle-ci) et les zones sombres (beaucoup voire trop de pâte thermique) sur chaque photo. J'ai encadrer en rouge l'emplacement des cœurs sous la capsule du processeur, car c'est cette zone que je vais interpréter. Il est évident que l'interprétation est assez subjective, et qu'elle s'appuie sur les résultats expérimentaux.
c) Interprétation des différents motifs
De manière générale, on remarque que la pâte thermique est repartie de manière assez uniforme à l'emplacement des deux cœurs pour les motifs une ligne et deux lignes, ce qui explique les résultats observés. En ce qui concerne le motif une fine couche, on peut remarquer une très faible quantité (voire une absence de pâte thermique) à l'interstice des deux cœurs, ce qui ne lui empêche apparemment pas d'être efficace vu les résultats obtenus.
Pour les motifs qui marchent moins bien
, on peut distinguer deux cas de figure, d'une part le motif une croix, où la pâte thermique est vraiment en excès ce qui induit que notre join thermique n'est pas efficace (regardez ça déborde même du processeur ). Décidemment trop de pâte thermique produit l'effet inverse de ce que l'on souhaiterait: une baisse des températures. Pour le motif une goutte, j'avoue que je suis assez perplexe, mais il faut bien essayé d'interpréter à partir des résultats. Je me lance, je pense que le problème est qu'il n'y a probablement pas assez de pâte thermique pour couvrir toute la surface, ce qui conduit à une pâte thermique repartie de manière peu (voire pas ) homogène à la surface du processeur, particulièrement à l'emplacement des cœurs, où l'homogénéité de la pâte thermique est plus que douteuse. De l'air a donc pu s'y glisser, et celui-ci étant un très mauvais conducteur thermique ...II-L'influence de la composition de la pâte thermique:
Dans cette deuxième partie, j'ai cherché à savoir si les éléments entrant dans la composition de la pâte thermique ont réellement une incidence sur le refroidissement de notre processeur. Pour cela, je me suis intéresser à 5 pâtes thermiques qui à mon sens sont assez représentatives de ce que l'on peut trouver dans le commerces. Voici les prétendantes au titre
:
On retrouve donc trois pâtes thermiques à base d'oxyde d'aluminium (OCZ Freeze, Noctua NT-H1, Zalman ZM-STG1) qui sont assez répandu, une à base de particules d'argent (Arctic Silver 5), et une à bases de différents métaux liquides dont je n'ai pas réussi à trouver la composition (CooLaboratory Liquid Pro), ce qui risque d'être facile à interpréter
.Remarque: Je ne m'intéresse qu'à des pâtes thermiques métalliques, il existe aussi des pâtes thermiques à base de céramique, mais elles sont généralement (et pas toujours) moins performantes que leurs homologues à base de métaux.
1) Anticiper les résultats
Posons nous quelques instants avant de foncer dans l'expérience et d'obtenir des résultats. Si l'on s'en tient uniquement aux éléments métalliques qui entrent dans la composition de la pâte thermique, la plus performante serait normalement celle qui possède la meilleure conductivité thermique.
Il n'est donc pas à priori idiot de pré-hiérarchiser les pâtes thermiques.
Des plus efficaces thermiquement aux moins efficaces thermiquement on devrait obtenir:
1-Celle à base de particules d'argent (Arctic Silver 5)
2 ou 3-Celles à base d'oxyde d'aluminium (OCZ Freeze, Noctua NT-H1, Zalman ZM-STG1)
3 ou 2-Celle à base de différents métaux liquides (CooLaboratory Liquid Pro)
Je ne peux pas hiérarchiser les pâtes thermiques à base d'oxyde d'aluminium et celle à base de différents métaux liquides entrent elles. Mais je sais que l'argent est le métal possédant la plus grande conductivité thermique, donc si l'on s'en tient aux conductivités thermiques des métaux entrant dans la composition des différentes pâtes thermiques, l'Arctic Silver 5 devrait être notre grande gagnante
... à vérifier expérimentalement. 2) Les résultats
Une fois de plus, rien de mieux qu'un beau graphique
Eh bien on s'aperçoit que nos prédictions étaient plutôt bonnes, serait-ce le début d'une grande carrière de médium
? Voici le classement (de la meilleure à la moins bonne pâte thermique):
1-Arctic Silver 5
2-OCZ Freeze & Noctua NT-H1
4-CooLaboratory Liquid Pro
5-Zalman ZM-STG1
3) Contestations et interprétations
Alors, j'en entends déjà crier:"Impossible, la Noctua NT-H1, est la meilleure pâte thermique du marché!!!".
Quelques mots pour les rassurer.
Premièrement, les résultats obtenus ne sont valables que pour le matériel utilisé et décri au paragraphe intitulé configuration utilisée. Les résultats pourraient être différents avec un autre matériel. Néanmoins, il n'est pas insensé que la Noctua NT-H1, soit derrière l'Arctic Silver 5, si l'on ne tient compte que des éléments métalliques entrant dans sa constitution.
Enfin, il est important de signaler que même si vous avez ou souhaitez acheter une des pâtes thermiques figurant dans la fin du classement, vous aurez tout de même un gain non négligeable de plusieurs degrés celsus par rapport à des pâtes thermiques d'origines fournies par les constructeurs de processeurs, tels qu'Intel ou AMD. Ces pâtes thermiques de marque sont des pâtes thermiques de compétition
, et de qualité. De plus, la Zalman ZM-STG1, est à mon goût la mieux pensée, avec un vrai confort d'utilisation qui se fait sentir lorsqu'on l'étale au pinceau. Je n'ai en revanche pas été très convaincu par la CooLaboratory Liquid Pro, qui nécessite un ponçage du proc avec une éponge grattante (fourni), pour pouvoir l'enlever (ce qui m'a obliger à la tester en dernier
). Enfin, il me semble indispensable de prendre en compte l'écart de température entre les différentes pâtes thermiques, en effet, l'écart entre les différentes pâtes thermiques est de 2°C maximum, ce qui même pour les overclockeurs les plus érudis n'est pas franchement très significatif, lorsque le processeur frise les 80°C, même si il peut faire la différence
III-L'influence de l'état de surface entre le processeur et le radiateur:
1) La pâte thermique, vraiment utile ?
Rappel: Le rôle de la pâte thermique est de favoriser l'échange thermique en supprimant toute possibilité de présence d'air entre le cpu et le radiateur. Mais on fait face au problème de base si on supprime les aspérités, en théorie, il n'y a même plus besoin de pâte thermique pour combler les aspérités... à vérifier expérimentalement
. Le principe de base va donc être de supprimer les aspérités, ou tout du moins enlever les plus grosse aspérités présentes, grâce à un jeu de papier abrasif.
2) Protocole
1. Placer une vitre sur une table bien plate.
2. Placer ensuite le papier abrasif sur la surface de la glace - la face abrasive au-dessus naturellement !
3. Mouiller l'abrasif et frottez le dissipateur sur le papier abrasif en décrivant une ligne droite et en changeant
fréquemment le processeur de sens par une rotation de 90°. Humidifier fréquemment.
4. Au bout de quelques quarts d'heures, lorsque le radiateur est suffisamment poncé et que la surface est aussi lisse que possible compte tenu du papier utilisé, passer à un papier abrasif plus fin.
5. Pour finir nettoyer le radiateur à l'alcool.
3) Photos
4) Résultats et interprétation
On peut s'apercevoir que sur un processeur non poncer, le gain n'est pas négligeable, on perd 2,5°C
en ajoutant de la pâte thermique. Un léger ponçage au P400 (35µm) permet de perdre encore 1,5°C (4°C en tout), un grain plus fin (13µm) n'a finalement qu'assez peu d'effet, -0,5°C (ce qui est toujours bon à prendre ). Par la suite j'ai voulu m'assurer que ce que j'ai affirmer plus haut, à savoir que l'on peut se passer de pâte thermique si les surfaces sont suffisament poncées, est vrai. Pour cela j'ai donc mis de la pâte thermique aux contacts des deux surfaces du processeur et du radiateur présentant moins d'aspirités.
Surprise
, on s'apperçoit que l'on a encore une perte de 2°C (on a donc perdu au total 6,5°C). Ce que j'ai affirmer avant est donc n'importe quoi 
. Non plus sérieusement , il faut descendre beaucoup plus bas dans la granulométrie pour avoir un gain de température (au lieu d'une perte) en ajoutant de la pâte thermique au contact des deux surfaces poncées, vers environ 0,1µm voire 1 nm. Ceci explique que les résultats ne concordent pas tout à fait avec la théorie. J'ai réponse à tout . Conclusion:
Le rôle de la pâte thermique est de favoriser l'échange thermique en supprimant toute possibilité de présence d'air entre le cpu et le radiateur. Les expériences menées ont permis de mettre en évidence que:
1) Plus la couche est fine et régulière, meilleure est la conductivité thermique. (1ère série d'expériences)
2) Les meilleures pâtes métalliques sont celles qui contiennent des particules d'argent. (2ème série d'expériences)
Puis il est apparu que celle-ci n'est pas obligatoire, en effet:
3) Un bon ponçage sur le processeur et le radiateur permet de se passer de pâte thermique.
Intérêt?
Mieux refroidir son processeur permet (entre autre) d'augmenter la fréquence de son processeur afin d'obtenir de meilleures performances que celles proposées dans le commerce, et pour un moindre coût.
Remarque: La pâte thermique est une des façons les moins onéreuses de refroidir son processeur, mais pas la meilleure.
Il vaut mieux avoir un bon radiateur et une mauvaise pâte thermique qu'une excellente pâte thermique et un radiateur médiocre.
, rien de tel qu'un NH-U12P ou un Scythe Mugen sur son processeur, on est d'accord.
