Refroidissement passif des centres de données : une alternative durable pour réduire l’énergie et l’eau

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À l’ère de la numérisation accélérée, les centres de données sont au cœur de l’infrastructure technologique mondiale. Ils stockent et traitent les données qui soutiennent les réseaux sociaux, les services cloud, l’intelligence artificielle, les plateformes de streaming, les transactions financières et les systèmes gouvernementaux. Cependant, cette révolution numérique entraîne un impact environnemental significatif, notamment en termes de consommation d’énergie et d’utilisation de l’eau.

Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), les centres de données représentaient en 2022 environ 1 à 1,3 % de la consommation mondiale d’électricité, un chiffre appelé à augmenter avec la croissance des services numériques et de l’intelligence artificielle générative. Une part importante de cette consommation provient des systèmes de refroidissement conçus pour éviter la surchauffe des équipements.

Le problème : un refroidissement actif intensif en ressources

Les systèmes de refroidissement traditionnels des centres de données reposent principalement sur des techniques actives : climatisation industrielle, refroidissement liquide ou tours d’évaporation. Ces solutions nécessitent de grandes quantités d’électricité et d’eau, en particulier dans les climats chauds et humides. Par exemple, un centre de données de 15 mégawatts peut consommer jusqu’à 360 000 litres d’eau par jour pour le refroidissement, selon l’Uptime Institute.

De plus, dans les régions confrontées au stress hydrique comme la Californie, les Émirats arabes unis ou certaines zones du sud de l’Espagne, ce modèle devient insoutenable. Les émissions de carbone liées à l’utilisation d’électricité issue de sources fossiles aggravent encore l’empreinte environnementale de ces infrastructures.

L’alternative : le refroidissement passif fondé sur des principes naturels

Face à ces défis, chercheurs et entreprises technologiques misent sur une alternative : le refroidissement passif, une technique qui réduit ou élimine l’utilisation d’électricité pour dissiper la chaleur. Ces solutions reposent sur :

• La convection naturelle : utilisation du mouvement naturel de l’air pour évacuer la chaleur.

• Le rayonnement thermique : émission de chaleur sous forme d’ondes infrarouges vers l’environnement.

• Le refroidissement radiatif vers le ciel : dissipation directe de la chaleur vers l’espace par rayonnement infrarouge, même en plein soleil.

• Des matériaux réfléchissants et isolants avancés : réduisant l’absorption de chaleur externe et améliorant l’efficacité thermique.

Un exemple notable est un projet de l’Université de Californie à San Diego (UC San Diego), où un revêtement spécialisé a été développé pour réfléchir 95 % du rayonnement solaire et émettre la chaleur infrarouge vers l’atmosphère. Cela permet de refroidir des structures sans électricité, même en plein jour. Cette technique, appelée radiative sky cooling, s’inspire de phénomènes naturels de refroidissement nocturne observés dans les régions désertiques.

Résultats prometteurs et bénéfices concrets

Les essais pilotes menés avec cette technologie ont montré des réductions de température comprises entre 4 et 10 degrés Celsius, ce qui peut se traduire par jusqu’à 35 % de consommation énergétique en moins pour la climatisation. De plus, la réduction ou l’élimination des tours d’évaporation permet également un important gain en eau.

Parmi les principaux avantages figurent :

• Réduction de la consommation électrique totale

• Économies substantielles d’eau potable

• Diminution des émissions de CO₂

• Réduction des coûts d’exploitation à long terme

• Meilleure résilience face aux crises énergétiques ou hydriques

Cas réels et adoption par les grandes entreprises technologiques

Des entreprises de premier plan telles que Google, Microsoft et Meta explorent déjà et mettent en œuvre des stratégies passives dans certains de leurs centres de données. En Suède, Microsoft exploite des centres de données qui tirent parti du climat froid et de la ventilation naturelle pour limiter l’usage de systèmes actifs. À Singapour, la réglementation gouvernementale sur l’utilisation de l’eau dans les installations technologiques a accéléré l’adoption de solutions hybrides et passives.

En Inde et au Moyen-Orient, où les températures extrêmes et la rareté de l’eau sont des défis constants, ces technologies sont évaluées dans le cadre de nouvelles normes de conception.

Un complément idéal aux énergies renouvelables

L’un des principaux atouts du refroidissement passif est qu’il s’intègre facilement à d’autres solutions durables. En nécessitant moins d’énergie, il améliore l’efficacité globale des systèmes alimentés par des panneaux solaires, des batteries ou des micro-réseaux. Il facilite également la conception de centres de données modulaires ou situés dans des zones reculées où l’accès à l’énergie conventionnelle est limité.

L’association du refroidissement passif, des énergies renouvelables et de l’architecture bioclimatique représente l’avenir des centres de données neutres en carbone.

Défis à relever

Bien que prometteuse, cette technologie doit encore surmonter plusieurs obstacles à son adoption massive :

• Coûts initiaux de mise en œuvre élevés

• Limitations géographiques (l’efficacité varie selon le climat)

• Nécessité de repenser les infrastructures existantes

• Manque de sensibilisation ou d’harmonisation des normes

Cependant, des initiatives telles que le Climate Neutral Data Centre Pact en Europe et des certifications comme LEED, Energy Star for Data Centers et ASHRAE encouragent des pratiques plus durables grâce à des incitations et des réglementations.