Pourquoi le refroidissement est-il devenu l’enjeu majeur des data centers à l’ère de l’IA ?

Si l’intelligence artificielle change en profondeur le quotidien des utilisateurs, elle représente aussi un défi majeur pour les infrastructures. En effet, en quelques années seulement, les besoins en matière de puissance de calcul ont explosé.Conséquence : la densité thermique des centres de données a fortement augmenté. Or, la plupart des architectures de refroidissement actuellement en service ont été conçues bien avant le boom de l’IA et n’ont pas été dimensionnées pour absorber ces nouvelles charges thermiques. Cette problématique a mis le sujet du refroidissement du data center sur le devant de la scène, avec une question clé : comment améliorer la disponibilité, la fiabilité et l’efficacité énergétique, alors même que l’IA monte en puissance ?

L’explosion des usages : comment l’IA met la pression sur les data centers

L’IA consomme de l’énergie, beaucoup d’énergie. Au-delà de ses multiples avantages pour les organisations comme pour les particuliers, elle a un coût trop souvent méconnu : son déploiement massif se traduit par une forte croissance des besoins en énergie. L’Agence internationale de l’énergie estime que les centres de données ont consommé environ 415 TWh d’électricité dans le monde en 2024, soit près de 1,5 % de la consommation électrique totale. Elle pourrait plus que doubler pour atteindre environ 945 TWh en 2030.

Le problème n’est pas nouveau, mais l’essor de l’IA générative l’a considérablement amplifié. L’entraînement et l’exécution des grands modèles de langage nécessitent en effet des ressources informatiques particulièrement énergivores. Les clusters de processeurs graphiques (GPU) nécessaires pour absorber cette charge de travail consomment une énergie sans commune mesure avec les serveurs classiques… et produisent, dans le même temps, une chaleur considérable.

Gestion thermique : quand le refroidissement du data center devient critique

En marge de leur gourmandise énergétique, les data centers soulèvent un autre problème de taille : incapables de résister à des températures trop élevées, ils doivent être en permanence refroidis. Des systèmes de refroidissement complexes maintiennent une température maîtrisée dans les salles serveurs afin de garantir les performances des équipements et de prévenir leur dégradation.

Pour cette raison, un centre de données consacre une part significative de son énergie au seul refroidissement : jusqu’à 40 % d’après les chiffres du ministère américain de l’Énergie de 2023, avec des écarts importants selon l’efficacité de l’installation et les conditions climatiques locales. En plus de leur consommation énergétique, ces méthodes de refroidissement du data center peuvent exiger une grande quantité d’eau, une ressource de plus en plus précieuse.

Pourquoi de telles consommations ? Quelques années en arrière, un rack standard consommait entre 5 et 9 kW. L’essor de l’intelligence artificielle change aujourd’hui radicalement l’échelle des besoins : les infrastructures IA à haute densité sont désormais conçues pour accueillir des racks consommant de 50 à 100 kW, sachant que certaines architectures atteignent 120 kW pour un rack complet.

Or, à partir de 20 à 30 kW par baie, le refroidissement à air devient plus complexe à mettre en œuvre et perd progressivement de son intérêt énergétique et économique. Ce faisant, les architectures qui approchent ou excèdent 100 kW nécessitent le plus souvent la mise en place de systèmes à base de refroidissement liquide ou hybride. Cette bascule vers l’IA impose ainsi de repenser toute la chaîne de refroidissement, depuis la production du froid jusqu’à sa distribution au plus près des composants. Elle pose aussi la question de l’efficacité énergétique du data center, calculée via le PUE (Power Usage Effectiveness) : un PUE proche de 1 montre que l’essentiel de l’énergie est utilisé par les serveurs plutôt que par les systèmes annexes, en particulier le refroidissement du data center.

Quelle technologie de refroidissement pour un data center ?

Ces réflexions nous amènent à la question des technologies de refroidissement et à leur efficacité face à l’inéluctable montée en densité de la puissance des racks due à l’IA. Plusieurs familles de technologies coexistent, chacune étant adaptée à un niveau de puissance et à un contexte d’exploitation.

Voici les principales :

• Le refroidissement à air est la solution la plus répandue pour les charges de travail classiques, mais aussi l’une des plus énergivores, car son efficacité diminue lorsque la densité thermique augmente. Les unités CRAC (Computer Room Air Conditioning) ou CRAH (Computer Room Air Handler) pulsent de l’air froid dans une salle généralement organisée en allées chaudes et froides, afin de limiter les mélanges de flux. Cette technique nécessite un apport constant en électricité pour maintenir une température stable.
• Le free cooling de data center est une technique qui exploite les conditions climatiques extérieures, en particulier l’air froid ou l’eau fraîche, pour limiter la nécessité de refroidir mécaniquement les salles de serveurs. On parle aussi de « refroidissement économisé » : une méthode que le Code de conduite européen recommande d’étudier pour toute nouvelle construction de data center ou lors de la rénovation ou du remplacement d’un système de refroidissement existant (Code de conduite, p. 33-35). Néanmoins, son efficacité dépend largement de la localisation géographique et de la saison.
• Le refroidissement liquide direct sur puce (Direct Liquid Cooling), qui est une déclinaison du water cooling, consiste à faire circuler un liquide caloporteur dans des plaques froides qui sont mises en contact avec les composants informatiques – CPU, GPU, unités de mémoire. À ce titre, on utilise un mélange eau-glycol ou de l’eau glacée dans un data center. La chaleur est dissipée plus efficacement qu’avec un système à air, ce qui réduit le besoin de climatisation.
• Le refroidissement par immersion consiste à plonger les serveurs dans un fluide diélectrique (qui ne conduit pas l’électricité). C’est la méthode de transfert thermique la plus efficace, mais elle a un coût caché : la compatibilité matérielle et la logistique de maintenance doivent être repensées en totalité.

Comparatif des principales technologies de refroidissement en data center

Technologie	Densité supportée	Principal avantage	Principale limite
Air (CRAC/CRAH)	Jusqu’à 20-30 kW par baie	Simplicité et coût maîtrisé	Insuffisant au-delà de 30 kW
Free cooling	Variable selon le climat	Réduction significative de la consommation	Dépendant des conditions climatiques
Liquide direct sur puce (DLC)	60 à 130 kW par baie	Haute densité et PUE réduit	Investissement et maintenance spécifiques
Immersion	Supérieure à 100 kW par baie	Gestion thermique d’une efficacité maximale pour le data center	Compatibilité matérielle à valider

Le rôle stratégique des systèmes hydrauliques dans le refroidissement des centres de données

Indépendamment de la technologie choisie, la performance du système de refroidissement du data center repose en grande partie sur la qualité de la chaîne hydraulique qui fait circuler le fluide caloporteur depuis le groupe de production de froid jusqu’aux baies. De fait, les systèmes hydrauliques transportent et évacuent la chaleur dégagée par les serveurs, en alimentant, par exemple, les unités de climatisation ou le refroidissement direct des puces, ce qui explique pourquoi l’efficacité énergétique du réseau hydraulique est essentielle.

Cette chaîne hydraulique comprend :

• les pompes de circulation ;
• la robinetterie de régulation de l’eau ;
• les échangeurs thermiques ;
• les unités de distribution de fluide pour les architectures à refroidissement liquide.

Or, la moindre erreur dans le système – une vanne de régulation imprécise, une pompe mal dimensionnée – peut occasionner des écarts de température importants et compromettre l’intégrité des composants. Pour cette raison, la conception hydraulique, dans tous ses aspects (dimensionnement, stabilité des débits, redondance, gestion de la pression différentielle, maîtrise de la qualité de l’eau ou installation de pompes à haute efficacité), occupe une place de plus en plus importante dans les systèmes de refroidissement de data center : avec l’augmentation des charges thermiques, une défaillance hydraulique constitue un risque opérationnel majeur.

Comment concilier performance informatique et sobriété énergétique ?

Pour les exploitants de data centers, l’enjeu n’est pas de refroidir davantage les baies pour garantir la sécurité des composants, mais de basculer vers un système de refroidissement plus efficace et de rapprocher le PUE de sa valeur idéale de 1.

Cette démarche est formalisée par plusieurs référentiels :

• La norme européenne EN 50600 qui couvre l’ensemble du cycle de vie des installations, depuis le choix du site jusqu’à la mesure de la performance énergétique. La section EN 50600-2-3 définit des exigences et donne des recommandations relatives à la température, à l’humidité, à la circulation de l’air et à la disponibilité des installations de refroidissement, via une classification (en quatre catégories) qui influe sur le nombre et la disposition des pompes, des échangeurs, des groupes froids, des unités de distribution de liquide et des canalisations.
• La norme ISO 50001 fournit un cadre pour établir un système de management de l’énergie à l’échelle du site. Pour les exploitants, cela implique notamment d’évaluer les consommations énergétiques, d’identifier les postes les plus consommateurs, de définir des indicateurs de performance et de mettre en place une démarche d’amélioration continue.
• Le Code de conduite pour les data centers, publié par la Commission européenne, formalise les bonnes pratiques d’efficacité énergétique et constitue une référence pour les opérateurs, dans le cadre d’une démarche volontaire.

Concilier ces exigences avec la performance informatique nécessite une approche intégrée. Il s’agit de réfléchir à l’efficacité du système de refroidissement dès la conception du data center, de dimensionner les circuits hydrauliques en tenant compte de l’évolution des besoins due à l’IA, et de se donner les moyens de piloter finement la performance énergétique durant l’exploitation.

En aidant les exploitants d’infrastructures critiques à optimiser ces paramètres, KSB entend contribuer à la réduction des consommations électriques, des coûts d’exploitation, et des émissions indirectes associées au refroidissement. Cela, grâce à des solutions pensées pour les centres de données, qui contribuent à améliorer la disponibilité, la fiabilité et l’efficacité énergétique du data center, et à un accompagnement complet (KSB SupremeServ) couvrant la conception, l’exploitation et l’optimisation des systèmes hydrauliques. Cette contribution prolonge les efforts engagés par KSB sur ses propres activités, dans le cadre de ses engagements RSE – optimisation énergétique et réduction des émissions de CO₂.

Le refroidissement de data center n’est plus un sujet périphérique : il joue désormais un rôle majeur dans la capacité des infrastructures numériques à absorber la croissance due à l’IA. C’est dans ce contexte que KSB accompagne les exploitants dans l’évolution de leurs infrastructures. L’objectif est de répondre à l’augmentation des besoins tout en améliorant la performance énergétique et la maîtrise des coûts d’exploitation.