Conception et réalisation de caloducs silicium pour les applications spatiales

In a context of further integration and increase of operationnal working domains ofelectronic systems aboard satellites, the conception of effective and compact cooling systemsfor the thermal management of power densities of several decades of W/cm^2 isnecessary.This Phd work which took place at the "Laboratoire d'Electrotechnique deGrenoble" (LEG) and used the technological expertise of the CEA-LETI focuses on the studyof silicon phase-change systems using water as the working fluid for the on board cooling ofelectronics considering specifications provided by the CNES.Using microelectronic technics (especially deep etching technics), specific advantages ofsilicon for space applications (low mass, good mechanical behaviour, compatibility withelectronics) and a first experience of the realization of phase change systems, hydraulical ,mechanical and thermal designs of 5 cm square spreaders with reduced compacity (1mm) ablefor microgravity working and the realization of prototypes were dealt.Thermal and hydraulicalperformances characterization of the latter enable to forecast dissipation of power densities upto 76 W/cm^2 with an equivalent thermal conductivity of 800 W/(m.K) according to theworking temperature domain considered.Moreover, a study of the issue of the filiing of the structure and hermetic confinment of thefluid was dealt and an innovative patented solution was proposed.Dans un contexte d'intégration toujours plus poussée et d'augmentation des domaines defonctionnement des systèmes électroniques à bord des satellites, la conception de systèmes derefroidissement compacts et performants permettant la gestion de puissance de densités deplusieurs W/cm^2 est nécessaire. Ce travail de thèse effectué au laboratoire d'électrotechniquede Grenoble (LEG) et utilisant l'expertise technologique du CEA-LETI se propose d'étudierl'emploi de systèmes à changement de phase en silicium utilisant l'eau comme fluide pour lerefroidissement de l'électronique embarquée selon un cahier des charges défini par le CNES.S'appuyant sur les techniques de la microélectronique (notamment celles de la gravureprofonde), les avantages intrinsèques du silicium pour l'application spatiale (faible massevolumique, bonnes propriétés mécaniques, compatibilité avec l'environnement électronique)et une première expérience de réalisation de systèmes diphasiques, le dimensionnementhydrauliques, mécanique et thermique de répartiteurs de chaleur carrés 5 cm x 5cm decompacité réduite (1 mm) capables de fonctionner en microgravité et la réalisation dedémonstrateurs ont été effectués. La caractérisation des performances thermiques ethydrauliques de ces derniers permettent de prévoir à terme la dissipation de densités depuissance au delà de 76 W/cm^2 avec une conductivité équivalente de 800 W/(m.K) selon ledomaine de fonctionnement en température considéré.Une réflexion sur la problématique de l'injection du fluide dans la structure et sonconfinement hermétique dans le dispositif a également été menée et a donné lieu à une proposition de solution originale et brevetée