Efficacité énergétique des data centers : le rôle de l’hydraulique

Comment améliorer l’efficacité énergétique d’un data center grâce à une hydraulique performante ?

L’alimentation des serveurs n’est qu’une partie de l’équation énergétique dans un data center. Le gros de la consommation se joue ailleurs, en particulier dans la nécessité d’évacuer en continu la chaleur produite par les composants. Or, selon l’installation et l’architecture, le refroidissement du centre de données peut représenter jusqu’à 40 % de sa consommation globale, une part amenée à croître en raison de la hausse des densités de puissance due à l’IA. En vue d’optimiser l’efficacité énergétique du data center, la performance du système de refroidissement, notamment celle des systèmes hydrauliques, devient un levier essentiel… et trop souvent sous-estimé. Voici ce qu’il faut savoir

L’efficacité énergétique d’un data center : un enjeu stratégique

Si l’efficacité énergétique est devenue un enjeu stratégique pour les centres de données, c’est avant tout parce que ce type d’infrastructure consomme d’importantes quantités d’électricité pour faire tourner et refroidir les serveurs. Selon l’Agence internationale de l’énergie, les data centers du monde entier ont consommé environ 415 TWh d’électricité en 2024, un chiffre qui pourrait doubler d’ici 2030. En cause ? La montée en puissance des infrastructures dédiées à l’IA.

Trois raisons expliquent pourquoi la performance énergétique du data center s’est invitée dans les préoccupations des exploitants :

1. Le coût de l’énergie, celle-ci représentant aujourd’hui une part notable du budget de fonctionnement d’un centre de données. Or, chaque point de PUE (Power Usage Effectiveness) gagné se traduit, en théorie, par une réduction des coûts d’exploitation.
2. La réglementation, qui impose de nouvelles obligations afin de limiter l’impact environnemental des data centers. Il en est ainsi pour l’article 12 de la directive européenne relative à l’efficacité énergétique : lorsque l’infrastructure présente une puissance informatique installée supérieure ou égale à 500 kW, l’exploitant doit déclarer chaque année ses performances énergétiques et environnementales.
3. La saturation du réseau électrique, qui peut avoir un impact sur l’alimentation de l’installation.

Le PUE, indicateur clé de la performance énergétique d’un data center

Pour évaluer l’efficacité énergétique d’un data center, on s’appuie notamment sur le Power Usage Effectiveness. Cet indicateur compare l’énergie totale du bâtiment à l’énergie consommée uniquement par les serveurs. Plus il est proche de 1, plus l’infrastructure est efficiente sur le plan énergétique.

La mesure et l’interprétation du PUE sont encadrées par la norme EN 50600-4-2 et la norme internationale ISO/IEC 30132-2. De son côté, la norme ISO 50001, dédiée aux systèmes de management de l’énergie, vise à inscrire cette mesure de performance dans une démarche globale d’amélioration continue.

Pour réduire le PUE d’un data center, on va donc agir en priorité sur les consommations d’énergie qui ne servent pas à alimenter les serveurs, à commencer par le système de refroidissement : le réseau de cooling du data center.

Où se cachent les pertes énergétiques dans un système de refroidissement de data center ?

Au sein d’un centre de données, il ne suffit pas de produire du froid : il faut aussi l’acheminer jusqu’aux équipements dans des conditions optimales. Dans un circuit de refroidissement à eau (water cooling), les pompes fournissent la pression nécessaire pour vaincre les pertes de charge du réseau et maintenir le débit requis par les échangeurs. Cet enjeu est particulièrement important pour le Direct Liquid Cooling, technologie dans laquelle le fluide est distribué jusqu’aux plaques froides placées directement sur les composants électroniques. Mais pour peu que l’installation hydraulique soit mal conçue ou mal dimensionnée, cela peut altérer le fonctionnement du système, et réduire l’efficacité énergétique du data center.

À cet effet, il est important de surveiller différents points pouvant cacher des pertes énergétiques :

• des pompes surdimensionnées par rapport aux besoins réels ;
• un débit trop élevé lorsque la charge thermique diminue ;
• L’absence d’exploitation du free cooling lorsque les conditions extérieures le permettent ;
• des pertes de charge excessives dans les canalisations et les organes hydrauliques ;
• un déséquilibre dans les différents circuits (boucle secondaire en contact avec les composants, et boucle primaire généralement composée de l’eau glacée qui circule hors du data center) ;
• des températures de départ et de retour mal optimisées ;
• des équipements qui fonctionnent loin de leur zone de meilleur rendement ;
• un manque de régulation au regard des variations de la charge informatique.

Pourquoi les pompes jouent-elles un rôle déterminant dans les systèmes hydrauliques des data centers ?

Dans un circuit hydraulique de refroidissement, la pompe joue le même rôle que le cœur dans le corps humain : elle est chargée de fournir l’énergie nécessaire à la circulation du fluide caloporteur vers les différentes composantes du système. Elle est donc aux premières loges de la consommation énergétique du data center, celle-ci dépendant du débit demandé, de la hauteur manométrique et du rendement.

On peut distinguer deux leviers d’optimisation énergétique du data center en lien avec les pompes hydrauliques :

• Le dimensionnement au plus près des besoins réels plutôt que sur des hypothèses de charge maximale, ce qui permet à la pompe de fonctionner à son point de rendement optimal, sans dissiper inutilement de l’énergie. À ce titre, le rendement des pompes hydrauliques utilisées dans l’industrie est encadré par la réglementation européenne sur l’écoconception : les exigences applicables depuis 2015 correspondent à un indice de rendement minimal MEI ≥ 0,40, sans être spécifiques aux data centers. On peut ainsi réduire la consommation des pompes en choisissant des équipements offrant un bon rendement au point de fonctionnement réel : environ 10 % de l’énergie d’un circuit de refroidissement peut être économisée grâce à des pompes à haut rendement.
• Le pilotage par variation de vitesse : l’adaptation du débit aux besoins permet d’éviter de faire circuler plus de liquide que nécessaire. Associé à la pompe, un variateur électronique de vitesse (VEV) contribue à adapter la pression et le débit à la charge thermique réelle, au lieu de faire tourner l’équipement en permanence à plein régime. C’est ce que permet de faire le système PumpDrive de KSB.

Pourquoi faut-il optimiser le circuit hydraulique dans son ensemble ?

Néanmoins, l’efficacité énergétique d’un data center se joue aussi dans l’optimisation globale du circuit hydraulique, en tenant compte de facteurs comme les pertes de charge, la température et la répartition du fluide, et en agissant sur d’autres leviers indirects. Voici quelques bonnes pratiques à appliquer pour limiter la consommation sur ce poste et réduire le PUE :

• Traquer les pertes de charge, sachant que chaque point de résistance hydraulique (tuyaux sous-dimensionnés, coudes et singularités, filtres…) contraint les pompes à fournir plus de pression. Le but est d’avoir le circuit le plus simple possible, tout en conservant les conditions nécessaires au bon fonctionnement et à l’équilibrage.
• Optimiser la température du circuit en travaillant sur l’écart de température entre le départ et le retour (ΔT), l’objectif étant qu’une moindre quantité d’eau transporte plus d’énergie thermique. Doubler le ΔT permet, en théorie, de diviser le débit d’eau par deux pour évacuer la même puissance.
• Veiller à une bonne répartition du fluide caloporteur : un bon équilibrage hydraulique vise à fournir à chaque circuit le débit qui correspond à son besoin, ce qui permet de mieux comprendre le comportement réel de l’installation, et d’identifier d’éventuelles dérives. Cette capacité de mesure est particulièrement importante dans les data centers de haute densité, le système devant pouvoir suivre avec un maximum de réactivité les variations de charge.
• Exploiter le free cooling chaque fois que les conditions climatiques extérieures l’autorisent, de manière à réduire le recours à la production frigorifique mécanique.
• Anticiper la montée en densité des racks liée à l’IA, et ce, dès la conception de l’infrastructure, afin d’éviter les surcoûts et les pertes de rendement induites par des adaptations du réseau de refroidissement réalisées dans l’urgence. Il est ainsi nécessaire d’anticiper les besoins de refroidissement induits par l’IA dans un data center de haute densité.

Ce faisant, l’optimisation du circuit hydraulique d’un data center nécessite d’agir simultanément sur un ensemble de variables. L’association de pompes à haute efficacité, de moteurs performants, d’une régulation adaptée et d’informations fiables de fonctionnement permet d’ajuster la consommation à la charge thermique réelle du centre de données. On peut ajouter que l’optimisation s’étend à toutes les autres applications hydrauliques au sein du centre de données, comme les systèmes anti-incendie, de chauffage, de ventilation ou de climatisation, et les réseaux d’alimentation en eau.

Réduire l’empreinte du data center grâce à une hydraulique performante

L’efficacité énergétique d’un data center ne se limite plus à la seule réduction du PUE : les exploitants intègrent aussi d’autres dimensions dans leur stratégie de durabilité, en agissant sur la consommation d’eau et la valorisation de la chaleur fatale (devenue obligatoire pour les sites de plus de 1 mégawatt), et en intégrant une part croissante d’énergies renouvelables dans l’alimentation électrique.

Autant de dimensions qui ont la particularité de reposer sur la qualité de la chaîne hydraulique. Ainsi, un réseau bien dimensionné, correctement régulé et finement piloté est une condition sine qua non pour atteindre ces objectifs de durabilité. Pour cela, KSB accompagne les acteurs du marché dans la mise en œuvre de systèmes hydrauliques performants via une approche globale, portée par KSB SupremeServ – une offre complète allant de la conception à la maintenance.

Face à l’augmentation continue des besoins de refroidissement, KSB devient votre partenaire de confiance pour vous soutenir dans votre transition vers des infrastructures numériques plus durables.