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L'essor de l'intelligence artificielle transforme la conception des centres de données. Les densités de puissance plus élevées et les serveurs d'IA plus puissants mettent à rude épreuve les systèmes de refroidissement traditionnels. Le refroidissement par liquide apporte une réponse importante, mais ne remplace pas le refroidissement par air. Une étude approfondie en amont devient donc une étape déterminante dans tout projet d'infrastructure d'IA.
Selon l'Agence internationale de l'énergie, la consommation d'électricité des centres de données pourrait augmenter d'environ 15 % par an entre 2024 et 2030, soit plus de quatre fois plus vite que la demande totale d'électricité. Les charges de travail liées à l’IA utilisent des GPU spécialisés qui offrent une puissance de calcul bien supérieure par rack, mais qui génèrent également beaucoup plus de chaleur. Les centres de données belges dédiés à l’IA atteignent ainsi des densités de puissance de 40, 100, voire 300 kilowatts par rack, contre une densité bien inférieure dans les environnements classiques.
Le refroidissement par air reste la norme traditionnelle : facile à entretenir et compatible avec pratiquement tous les équipements informatiques. Pour les environnements d'entreprise et cloud classiques, cela reste l'approche la plus logique, offrant une grande flexibilité opérationnelle.
Cependant, lorsque la densité de puissance augmente fortement, des limites évidentes apparaissent. Pour évacuer davantage de chaleur par voie aérienne, il faut des volumes d’air plus importants et des ventilateurs plus puissants, ce qui augmente la consommation d’énergie, le niveau sonore et le risque de points chauds. Le refroidissement par air ne disparaît toutefois pas complètement : les blocs d’alimentation, les équipements réseau et les systèmes de stockage restent souvent refroidis par air, même dans un centre de données hybride.
Le refroidissement par liquide « direct-to-chip » ou « on-chip » est la forme la plus ciblée de refroidissement par liquide pour le matériel d'IA. Au lieu de dissiper d'abord la chaleur dans l'air ambiant, une plaque froide — ou « cold plate » — est montée directement sur le CPU ou le GPU. Un circuit fermé contenant de l'eau ou un mélange de fluides de refroidissement circule à travers de fins canaux dans cette plaque et absorbe la chaleur exactement là où elle est générée, c'est-à-dire dans la puce elle-même.
Ce fluide est ensuite acheminé par des conduites vers une unité de distribution de refroidissement (CDU). La CDU régule le débit, la pression et la température, et transfère la chaleur absorbée vers un circuit secondaire qui l'évacue vers l'extérieur — via des refroidisseurs à sec, des tours de refroidissement ou, dans l'idéal, vers un système de récupération de chaleur. Comme un fluide peut absorber nettement plus de chaleur par unité de volume que l’air, le refroidissement sur puce gère la charge extrême des accélérateurs d’IA de manière beaucoup plus ciblée et avec moins de pertes d’énergie qu’un système à air ne pourrait jamais le faire.
Résultat : on évite des températures de puces plus élevées et moins stables, les serveurs peuvent être placés plus près les uns des autres, et la température d'entrée de l'eau de refroidissement peut être plus élevée qu'avec un système de refroidissement classique. C'est précisément ce dernier point qui rend le refroidissement naturel et la récupération de chaleur intéressants sur le plan économique. Une étude montre que, dans un scénario où le refroidissement par liquide représente 75 % du système, la consommation énergétique des installations peut être inférieure de 27 % à celle d'une configuration entièrement basée sur le refroidissement par air.
Le refroidissement intégré à la puce ne remplace d'ailleurs pas l'ensemble du système de refroidissement d'un rack : la mémoire, les blocs d'alimentation et les cartes réseau sont généralement toujours refroidis par air ou par des échangeurs thermiques situés à l'arrière du rack. C'est pourquoi, dans la pratique, la plupart des racks d'IA combinent une configuration hybride.
C'est précisément à la croisée de la technologie de refroidissement, de l'efficacité énergétique et du développement durable qu'Ingenium se positionne en tant que bureau d'études spécialisé dans les centres de données. Ingenium accompagne les maîtres d'ouvrage dans l'élaboration d'une stratégie de refroidissement complète — du choix entre le refroidissement par air, le refroidissement direct sur puce ou le refroidissement par immersion jusqu'au dimensionnement des unités de refroidissement (CDU), des conduites et des échangeurs de chaleur — adaptée à la croissance réelle des charges de travail liées à l'IA.
Par ailleurs, Ingenium est agréé par le VLAIO pour réaliser des analyses de transition écologique. Ces analyses évaluent la faisabilité technique et économique d'un investissement dans les technologies vertes et bénéficient d'une subvention pouvant atteindre 85 % des frais de conseil, dans la limite de 10 000 euros par projet.
Pour les centres de données, la valeur ajoutée réside principalement dans la récupération de la chaleur résiduelle. Ingenium utilise concrètement l'analyse d'écologisation pour déterminer si la chaleur résiduelle des salles de serveurs peut être réinjectée dans un réseau de chauffage urbain local reseau de chaleur, conformément à l'ambition de la Flandre de relier les centres de données au réseau de chauffage urbain.
Une telle étude de faisabilité porte généralement sur les éléments suivants :
En considérant la stratégie de refroidissement et le récupération de la chaleur résiduelle dans une seule et même approche, Ingenium évite à un centre de données de devoir procéder a posteriori à une reconfiguration coûteuse pour pouvoir tout de même fournir de la chaleur à un reseau de chaleur.
Une étude approfondie avant le lancement d'un projet reste essentielle, non seulement pour choisir la technologie de refroidissement adaptée, mais aussi pour éviter de devoir réadapter un investissement au bout de quelques années. L'analyse doit au moins évaluer la densité de puissance actuelle et future par rack, l'infrastructure électrique disponible, l'espace nécessaire pour les pompes et les échangeurs de chaleur, la redondance et les possibilités de récupération de chaleur.
Le refroidissement, l'infrastructure électrique et l'analyse de rentabilité sont étroitement liés : une décision prise à un niveau a presque toujours des répercussions sur les autres niveaux. D'où l'importance d'adopter une approche globale et systémique plutôt que de se contenter d'une simple comparaison de fiches techniques.
Le refroidissement par liquide jouera un rôle de plus en plus important dans les centres de données dédiés à l'IA et au calcul haute performance (HPC), mais ce n'est pas une solution miracle. Les centres de données les plus tournés vers l'avenir analysent d'abord leurs charges de travail, leurs densités de racks et leurs scénarios de croissance, puis déterminent dans quels cas le refroidissement par air suffit, dans quels cas le refroidissement par liquide devient nécessaire, et comment la chaleur résiduelle peut être réutilisée.
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