Direct Liquid Cooling : la révolution du refroidissement des data centers haute densité

Et si le refroidissement à air avait atteint ses limites ? C’est la question que se posent les exploitants de data centers à haute densité, confrontés à la révolution de l’intelligence artificielle et à l’augmentation concomitante de la puissance des racks. En effet, actuellement, le système de cooling d’un data center peut représenter jusqu’à 40 % de sa consommation énergétique totale, mais cette proportion est amenée à exploser avec les besoins de refroidissement de l’IA. Le temps est donc venu d’envisager d’autres solutions comme le refroidissement liquide, et plus particulièrement le Direct Liquid Cooling. Explications.

La fin du refroidissement à air dans les data centers ?

Le refroidissement à air repose sur un principe simple : on pulse de l’air froid dans la salle des serveurs pour absorber la chaleur dégagée par les composants, avant d’évacuer l’air chaud par le biais d’unités CRAC ou CRAH (Computer Room Air Conditioning/Air Handler). C’est le modèle privilégié par les data centers de faible à moyenne densité. Il donne des résultats probants tant que la densité thermique reste modérée. Mais plus la puissance du rack augmente, plus il faut déplacer d’air, ce qui exige de plus gros ventilateurs, donc davantage d’énergie.

Or, la montée en puissance de l’IA change radicalement ce délicat équilibre : les baies dédiées à l’entraînement des modèles de langage atteignent 50 à 100 kW, alors qu’un rack standard consomme entre 5 et 9 kW. À ce titre, l’enquête State of the Data Center 2026 de l’AFCOM constate une augmentation de la densité à 27 kW en moyenne, contre 16 kW un an plus tôt (+69 %), qui résulte de l’intégration massive d’une infrastructure optimisée pour l’IA.

Que se passe-t-il précisément lorsque la densité augmente ? En pratique, cela réduit la marge de manœuvre en matière de température. À 5 kW par rack, la densité thermique reste assez faible pour que le brassage de l’air évite de former des points chauds. À partir de 30 kW, en revanche, un contrôle plus rigoureux devient nécessaire, l’apparition d’un point chaud pouvant avoir des conséquences majeures et immédiates. (Cf. Energy Standard for Data Centers, ASHRAE 90.4, 2025.) C’est pourquoi, au-dessus de 40 kW, le refroidissement à air seul ne suffit généralement plus.

En réalité, l’eau s’avère bien plus efficace que l’air pour absorber et transporter la chaleur, en raison d’une capacité thermique supérieure. À volume égal, la capacité thermique volumique de l’eau est environ 3 000 fois supérieure à celle de l’air, tandis que sa conductivité thermique est plus de 20 fois supérieure (voir AIDC Infrastructure Revolution and Liquid Cooling Application, ASHRAE). Le refroidissement liquide permet ainsi de capter la chaleur directement au niveau des processeurs et de l’évacuer avec des volumes de fluide bien moindres, un avantage déterminant lorsque la densité de puissance des racks augmente.

Direct Liquid Cooling : comment ça marche ?

Le refroidissement par eau (water cooling) consiste à faire circuler un liquide caloporteur, en général de l’eau déminéralisée ou un mélange eau-glycol, au plus près des composants qui génèrent le plus de chaleur : CPU, GPU et unités de mémoire. Dans cette catégorie, le Direct Liquid Cooling (DLC) a l’avantage de cibler directement la source de chaleur, contrairement au refroidissement à air.

L’une des formes les plus courantes de DLC est le Direct-to-Chip (D2C), qui repose sur des plaques froides (cold plates) placées directement sur les composants. Intégrés à ces plaques, de petits canaux permettent au liquide de refroidissement de circuler pour absorber la chaleur. Le liquide ainsi chauffé quitte les serveurs pour rejoindre un collecteur (manifold), puis une CDU (Coolant Distribution Unit) assure l’échange thermique entre le circuit qui dessert les équipements (boucle secondaire) et le réseau d’eau glacée du data center (boucle primaire). La chaleur est évacuée vers un dry cooler, une tour de refroidissement ou un autre système de rejet thermique, tandis que le liquide refroidi repart vers les serveurs.

La séparation du système en deux circuits permet de mieux maîtriser la pression, le débit, la qualité et la température du fluide envoyé aux équipements ; cette dernière doit notamment rester compatible avec les conditions ambiantes afin d’éviter tout risque de condensation. Ce faisant, le système évacue une grande partie de la chaleur directement à sa source, tout en optimisant la consommation énergétique du data center.

Quels avantages pour les exploitants de data centers ?

Ce système de refroidissement de centre de données offre aux exploitants de nombreux avantages, en répondant à plusieurs enjeux simultanés.

• Le Direct Liquid Cooling autorise une densité de calcul plus élevée qu’avec un système de refroidissement à air, car il peut supporter des racks dépassant 100 kW. De quoi optimiser grandement l’usage de l’espace disponible, puisqu’il est possible de concentrer un plus grand nombre de serveurs sur une surface moindre.
• En réduisant la nécessité de recourir à une climatisation traditionnelle, le DLC contribue à une meilleure efficacité énergétique. Ce qui permet de rapprocher le PUE du data center (Power Usage Effectiveness) de sa valeur idéale de 1, une démarche formalisée ou valorisée par plusieurs référentiels : norme européenne EN 50600, norme ISO 50001 et Code de conduite pour les data centers.
• Grâce à une température plus stable et plus homogène, les composants sont mieux protégés. Le refroidissement liquide limite la survenue de points chauds susceptibles de réduire l’efficacité des processeurs et d’accélérer leur vieillissement.
• La chaleur récupérée en sortie de rack se prête plus efficacement à la valorisation : elle peut être utilisée pour d’autres besoins, avec un minimum d’apport d’énergie auxiliaire – ce qu’encourage la directive européenne sur l’efficacité énergétique. La valorisation de la chaleur fatale produite par les centres de données est d’ailleurs imposée, en France, par le Code de l’énergie dans son article L236-2.
• Enfin, la réduction de la ventilation mécanique se traduit par moins de nuisances sonores et par une maintenance simplifiée sur les composants aérauliques.

Quels sont les défis portés par le Direct Liquid Cooling ?

Pour autant, il ne suffit pas de décider du jour au lendemain de troquer son système de refroidissement à air pour un système de Direct Liquid Cooling. Cette transition nécessite d’adapter l’infrastructure : l’intégration de boucles hydrauliques dans un centre de données conçu initialement pour un refroidissement classique à air suppose de réaliser d’importants travaux au niveau du réseau de distribution des fluides, de l’alimentation électrique et, le cas échéant, de la structure des planchers techniques.

D’autres défis stratégiques se posent : il faut mettre en place des dispositifs de détection fiables pour éviter tout risque de fuite (l’eau pouvant alors dégrader les composants électroniques fragiles), concevoir un système hydraulique redondant, et s’assurer de la qualité du fluide de refroidissement.

Autant dire que l’installation et la mise en service d’une telle architecture de refroidissement représentent des investissements notables, même si la rentabilité se construit sur la durée. Il est également nécessaire de former les équipes au suivi et à la maintenance d’un système hydraulique de précision.

Quel est le rôle joué par le système hydraulique dans le refroidissement liquide ?

Le Direct Liquid Cooling est avant tout un système hydraulique de grande précision, dont la performance dépend directement de la qualité de différents éléments : les pompes de circulation, la robinetterie de régulation, et les échangeurs thermiques qui composent les circuits.

La conception de ces systèmes hydrauliques est tout aussi stratégique que le choix de la technologie de refroidissement, et doit tenir compte de plusieurs points :

• Les pompes de circulation doivent garantir un débit suffisant et stable, de manière à évacuer la chaleur en continu, car la moindre variation dans le débit pourrait déstabiliser la température des composants. Il est donc essentiel de se tourner vers des pompes à haute efficacité.
• La robinetterie de régulation permet d’adapter le débit et la pression du circuit secondaire, selon la charge thermique réelle du rack.
• Les échangeurs thermiques prennent en charge le transfert de chaleur entre les deux boucles, sans que celles-ci ne soient jamais mises en contact direct.

Le refroidissement ne constitue toutefois qu’une partie des besoins hydrauliques d’un data center. De fait, c’est l’ensemble de l’écosystème des centres de données qui peut bénéficier de ces applications : systèmes de protection contre l’incendie, systèmes de chauffage, de ventilation ou de climatisation, et réseaux d’alimentation en eau. Dans tous ces cas de figure, KSB s’impose comme le partenaire expert des exploitants de data centers.

Il faut bien comprendre que la réussite de la mise en place d’un système de Direct Liquid Cooling repose sur la qualité et l’efficacité de sa chaîne hydraulique. C’est là que KSB joue un rôle majeur comme partenaire de confiance. Il accompagne les exploitants, les bureaux d’études et les intégrateurs dans la conception et l’exploitation de systèmes de pompage et de robinetterie destinés aux unités de refroidissement, spécifiquement dimensionnés pour la gestion thermique du data center. Cet accompagnement s’inscrit dans une offre plus globale, KSB SupremeServ, couvrant l’ensemble du cycle de vie de l’installation, et intégrant l’importance croissante de la performance énergétique dans les infrastructures numériques. La performance énergétique fait également partie des engagements RSE de KSB.

Le Direct Liquid Cooling est progressivement en train de s’imposer comme un levier d’optimisation énergétique pour les data centers à haute densité qui gèrent des infrastructures IA. Au-delà de 30 à 40 kW par baie, en effet, le refroidissement à air seul ne suffit plus : il faut, au minimum, compter sur une architecture hybride avec des boucles de refroidissement liquide partielles… dont l’installation ne s’improvise pas.