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La climatisation des data centers : un défi énergétique et écologique
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Un simple email ou même un SMS… Tout cela transite par des centres de données, les fameux data centers, qui stockent et diffusent toutes nos données numériques. Ces gigantesques salles informatique sont devenues le centre névralgique de l’internet mondial. Sur elles reposent le système bancaire, les télécommunications et les médias. Demain la santé et les véhicules connectés autonomes.

Problème : le numérique engloutissait près de 12% de la production électrique mondiale en 2015. Les data-center représentent 2% de cette consommation. Et la croissance de l’économie numérique est telle que cette consommation d’énergie va continuer à augmenter. La climatisation de ces centres de données représente à elle seule 50% de la facture électrique. La maitrise de cette dépense est donc un enjeu capital pour l’économie mondiale et l’environnement.

Les data-center en quelques mots

Un data-center est un lieu physique regroupant des serveurs informatiques connectés à Internet au moyen d’une fibre optique. Leur rôle est de recevoir, traiter, stocker et transmettre des informations numériques. Ce rôle s’intensifient avec l’avènement du “cloud” c’est à dire une informatique où la gros de la puissance de calcul se trouve dans le serveur.

D’ici 2021, la capacité de stockage des data centers devrait être multiplié par 4, selon une étude de Cisco. En France, la consommation des data centers s’élevait à environ 3 TWh en 2015. C’est plus que la consommation électrique de la ville de Lyon, selon l’Union française de l’électricité (UFE).

Une usine à produire de la chaleur

L’électricité qui alimente les serveurs est dissipée sous forme de chaleur. Sans aération et climatisation, ces salles se transformerait vite en véritable sauna. Hors ces serveurs ont besoin d’une température nominale idéalement situé à 22°C pour fonctionner efficacement.

Dès lors, environ 50% de la facture d’électricité d’un data center est lié à la climatisation indispensable pour maintenir la température au bon niveau.

Optimiser les flux d’air pour réduire la consommation d’électricité

En quelques années, les bonnes pratiques pour limiter l’usage de la climatisation, très énergivore, sont heureusement apparues. Le premier progrès tient à la configuration des salles de serveurs. Une salle informatique refroidie par des climatiseurs muraux… ce n’est plus d’actualité.

Le data center est désormais situé dans une salle compartimentée où le froid est distribué au plus près des besoins (vers les serveurs) et où les flux d’air chaud et froid ne se rencontrent jamais. Le concept d’allées chaudes et d’allées froides est un progrès majeur.

Le principe de base est simple. L’air froid venant du système de climatisation est pulsé vers les faces avant des serveurs au moyen d’un faux plancher. C’est l’allée froide. Cet air frais s’engouffre dans les ordinateurs et ressort – via des petits ventilateurs – de l’autre côté des machines dans une allée chaude. Cet air chaud sortant des serveurs est aspiré en partie haute par des grilles de reprise. Chaque allée est compartimentés et cloisonnée de façon hermétique

Schéma d'une salle serveur climatisée avec au centre une allée froide et sur les ailes 2 allées chaudes d'évacuation de l'air.
Configuration d’une salle serveur entre allée froide et chaude. Source : Syntec

Le free-cooling pour une climatisation encore plus efficace

Le free-cooling va encore plus loin. Cette technique de refroidissement utilise l’air frais extérieur pour refroidir les baies informatiques quand la différence de température entre la salle climatisée et l’extérieur est de plus de 15°C.

Plancher climatisé dans une allée froide

Dans la pratique, l’air intérieur et extérieure sont mixés dans une certaines mesure pour obtenir une température idéale, ni trop froide ni trop chaude. Si la température extérieure est inférieure à 18°C, l’air neuf extérieur et l’air de la salle seront mélangés selon diverses proportions. Si la température de l’air extérieur excède 25° le free Cooling est interrompu.

Le free cooling à air direct introduit directement de l’air extérieur après filtration complète. Le free cooling à air indirect utilise de l’air extérieur mais avec un échangeur air / air qui sépare les deux flux d’air afin de limiter les apports d’humidité ou de poussière.

En 5 ans, le free-cooling a permis de réduire de plus de 3/4 l’énergie consommée par els climatiseurs de data centers.

Des solutions encore plus radicales

Les géants du net comme Facebook ou Google ont délocalisé leurs serveurs dans des pays nordiques comme la Suède, au climat plus frais. Facebook a ainsi construit son premier data center européen de 84.000 m² à Lulea, petite ville du nord de la Suède où température annuelle moyenne est de 0°C.

Microsoft a même été jusqu’à plonger un serveur dans une capsule sous-marine immergée sous l’eau pour profiter d’un environnement à bonne température en toutes saison et géographiquement plus proche de l’endroit où sont transmises les données (la latence est critique dans certaines activités).

Certains prestataires recyclent l’air chaud des salles serveur pour chauffer des logements ou bureaux situés à proximité. Et enfin, d’autres installent directement des serveurs dans les maisons de particuliers pour miner du bitcoin tout en chauffant leur intérieur par la même occasion.