Les prototypes APL visent plus de 50 % de réduction de taille et de poids

Dans une mallette Pelican réaménagée, des dissipateurs thermiques SPEAR sont installés à côté de modèles métalliques traditionnels. Au Laboratoire de physique appliquée Johns Hopkins (APL), à Laurel, dans le Maryland, des ingénieurs ont construit et testé les premières unités d'une conception imprimée en 3D qui vise à réduire la taille et le poids de plus de 50 % tout en conservant la capacité thermique.

SPEAR est dérivé de Smart Phase-change Enhanced Re-entry. Son matériau central est un PCM, ou matériau à changement de phase : il absorbe et stocke la chaleur lorsqu'il passe d'un état physique à un autre. Lorsque le matériau passe de l'état solide à l'état liquide, il peut absorber de la chaleur sans que sa température augmente aussi rapidement que celle d'un dissipateur thermique métallique traditionnel — tout comme la glace qui fond dans une boisson permet de la maintenir fraîche.

Les dissipateurs thermiques traditionnels à changement de phase sont constitués d'assemblages complexes de pièces usinées. Les progrès de la fabrication additive ont incité l'équipe d'APL à essayer une autre approche : un dissipateur thermique monobloc fabriqué en interne. Les ingénieurs sont partis d'un dissipateur thermique de référence en aluminium, puis ont fabriqué deux modèles SPEAR pour les tester côte à côte. L'un avait le même volume que la version en aluminium ; l'autre était conçu pour égaler sa capacité thermique tout en illustrant la réduction possible de la taille et du poids.

Les unités SPEAR ont été remplies, scellées et testées sans présenter de fuite. Un banc d'essai intégré appliquait de la chaleur à plusieurs dissipateurs thermiques à la fois et enregistrait en temps réel les variations de température. APL affirme que la comparaison a démontré les performances attendues et les avantages pour les contraintes SWaP — taille, poids et puissance — tandis que ses ingénieurs se sont eux-mêmes chargés de la conception, de l'impression 3D, du matériel, des logiciels et du conditionnement.

Cette approche est conçue pour les systèmes dans lesquels les composants électroniques produisent beaucoup de chaleur sur de courtes périodes, tout en disposant de moyens limités pour l'évacuer. Un dissipateur thermique plus petit et plus léger, offrant la même capacité thermique, pourrait faciliter l'intégration de la gestion thermique dans des systèmes hypersoniques, spatiaux, radiofréquence, des émetteurs et des intercepteurs. Cette avancée reste au stade du prototype : APL fait état de premiers tests réalisés en interne, mais aucun déploiement sur le terrain ni aucune production ne sont décrits.