C'est vrai que je n'ai pas pensé que le pb pouvait venir du shield ou du regulateur.
Pour être honnête, à moins de faire cracher le courant maximum sur toutes les sorties du processeur il n'y a aucune raison pour qu'il se mette à chauffer.
Sur la carte Arduino et dans les conditions où tu la faisais travailler (alimentation 12V en entrée) c'est sans doute le régulateur qui dissipait le plus de puissance. C'est plutôt sur ce composant qu'il faut travailler. C'est d'ailleurs sans doute lui qui est parti en protection thermique.
En abaissant le tension d'alimentation de 12V à 9V tu as diminuée la puissance dissipée dans le régulateur de moitié (environ).