Centres de données : pourquoi leur refroidissement consomme autant d’eau (et pourquoi cela pose problème)

Source: The Conversation – in French – By Thomas Le Goff, Maître de conférences en droit et régulation du numérique, Télécom Paris – Institut Mines-Télécom

La course à l’IA engagée à l’échelle internationale ne doit pas se traduire par un détricotage des règles préservant nos ressources naturelles.

Qui n’a pas déjà expérimenté la désagréable sensation de surchauffe de son téléphone portable ou de son ordinateur lors d’une utilisation prolongée ou lorsque vous avez ouvert trop d’onglets sur votre navigateur ?

Imaginez maintenant la chaleur dégagée par 100 000 puces de calcul de dernière génération, entassées les unes sur les autres et tournant à plein régime, et ce, dans un complexe de plus de 26 kilomètres carrés soit environ 4 stades de football. Placez ce grille-pain géant dans une région où la température est de 35 degrés en moyenne et peut atteindre les 50 °C l’été, et vous voilà devant le projet « Stargate UAE » visant à construire jusqu’à 5 gigawatts de puissance de calcul installée dans un immense centre de données à Abu Dhabi.

Ces projets de centres de données dits « hyperscale » visant à alimenter l’essor de l’intelligence artificielle (IA) se multiplient dans le monde, que ce soit aux États-Unis avec le projet Prometheus de Meta prévoyant la construction d’un centre de données de la taille de Manhattan, et même en France avec le « Campus IA ».

Au-delà de leur importante consommation énergétique, ces mastodontes soulèvent d’autres problèmes. Pour fonctionner correctement, ils ne peuvent pas atteindre des températures trop élevées, et contiennent donc des systèmes de refroidissement qui permettent aux composants électroniques de fonctionner à plein régime tout en évitant qu’ils ne se détériorent sous la chaleur qu’ils dégagent.

Comment ces centres de données sont-ils refroidis ? Quel est l’impact de leur refroidissement sur l’environnement, et comment les rendre plus sobres ?

Centres de données, refroidissement et consommation en eau

Il existe plusieurs techniques pour refroidir un centre de données. Pour le résumer simplement, les systèmes de refroidissement reposaient auparavant exclusivement sur des systèmes de ventilation (comme dans votre ordinateur) ou de climatisation (comme dans votre voiture) qui utilisent la circulation de l’air comme source de fraîcheur et rejettent l’air chaud à l’extérieur.

Une deuxième solution de refroidissement utilise l’eau, beaucoup plus efficace que l’air pour transférer la chaleur. Celle-ci permet de rafraîchir des plaques placées proches des composants électroniques, et/ou de rafraîchir l’air ventilé dans l’entrepôt de données.

Dans le premier cas (la climatisation), l’opérateur a besoin de beaucoup d’énergie pour faire tourner les pompes et systèmes de ventilation. Dans le deuxième (le refroidissement liquide), l’entreprise a besoin de moins d’énergie mais nécessitera l’accès à une source d’eau douce (l’eau salée endommagerait les tuyaux et composants) afin d’alimenter son système en eau fraîche.

Les opérateurs de centres de données sont donc face à un arbitrage complexe : doivent-ils utiliser des systèmes de climatisation énergivores ou bien du refroidissement liquide qui, cette fois, nécessite la consommation d’importantes ressources en eau ?

En effet, la consommation en eau des data centers est estimée à 560 milliards de litres chaque année dans le monde, soit l’équivalent de la consommation annuelle en eau potable de 10 millions de Français.

Cette soif insatiable se retrouve également dans les chiffres publiés par les Gafam. Ainsi, Google a vu sa consommation nette d’eau augmenter de 28 % entre 2023 et 2024, atteignant 30 milliards de litres dont environ un tiers provient de régions en stress hydrique. Microsoft, pour sa part, estime que 46 % de ses prélèvements d’eau ont lieu dans de telles zones en 2024.

Toutefois, il faut avoir à l’esprit que les besoins en eau des data centers ne sont pas uniquement liés aux systèmes de refroidissement. Pour obtenir une vision globale de l’impact du développement de ces infrastructures sur les ressources en eau, il convient de prendre également en compte l’eau utilisée par les centrales électriques qui les alimentent, ainsi que l’eau consommée lors du processus de fabrication des composants électroniques. Des chercheurs estiment ainsi que les mégacentres de données construits spécifiquement pour les besoins de calcul de l’IA utilisent, en moyenne, jusqu’à 20 millions de litres d’eau par jour, soit autant qu’une ville de 10 000 à 50 000 habitants.

Peut-on rendre les centres de données moins gourmands en eau ?

Il existe des solutions innovantes pour limiter cette consommation et rendre les systèmes de refroidissement plus efficients. Des entreprises, comme OVH Cloud, Nvidia ou Nebius, développent et déploient de nouvelles architectures de systèmes de refroidissement liquide au plus proche des puces de calcul. Ces nouvelles techniques permettent de réduire, selon les chiffres annoncés, jusqu’à 50 % de la consommation en eau. Toutefois, elles restent encore onéreuses à mettre en œuvre et assez peu développées sur le parc existant.

De manière plus générale, la principale source de perte en eau lors du fonctionnement des centres de données vient du fait qu’ils reposent aujourd’hui pour la plupart sur des circuits ouverts, conduisant à l’évaporation d’une grande partie de l’eau utilisée. C’est pourquoi les nouveaux centres de données devraient idéalement reposer, autant que possible, sur des systèmes de refroidissement en circuit fermé, évitant ce phénomène d’évaporation. Néanmoins, ce type de refroidissement peut s’avérer plus cher, conduit souvent à une hausse du besoin en électricité, et n’est pas évident à mettre en œuvre dans tous les centres de données « historiques » qui n’ont pas été conçus pour le mettre en œuvre.

Des propositions plus farfelues sont aussi avancées, telles que l’envoi de data centers dans l’espace ou bien en immersion dans les océans. Néanmoins, l’apport réel de ces propositions reste encore largement débattu, que ce soit pour des questions de faisabilité technique (bon courage pour réaliser la maintenance de votre centre de données sous-marin !) ou de bénéfices en termes d’émission de CO₂ par rapport à un centre construit sur terre – le cabinet de conseil en décarbonation, Carbone 4, fondé par Alain Grandjean et Jean-Marc Jancovici a, à cet égard, montré que les data centers spatiaux risquaient d’avoir un impact carbone plus important que sur terre en raison des émissions liées au lancement.

Pour un développement raisonné des centres de données, conscient du caractère fini des ressources naturelles

Au-delà de la faisabilité technique, ces discours risquent de nous détourner du vrai problème : le développement massif de centres de données hyperscale très gourmands en eau, dont une bonne partie dans des territoires où cette ressource se fait rare et conduit à des conflits d’usage.

Ce développement ne se fait pas dans un vide juridique. Les règles du droit de l’environnement, de l’aménagement du territoire et de l’urbanisme prévoient un certain nombre de régimes d’autorisation et d’évaluation environnementale en amont de la construction de ces projets, notamment en France avec le régime des installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE).

Néanmoins, la course à l’IA engagée à l’échelle internationale conduit les pays à rivaliser d’ingéniosité pour attirer les investisseurs quitte, parfois, à assouplir les contraintes réglementaires comme c’est le cas actuellement en France avec la loi dite de simplification de la vie économique récemment adoptée. Il est urgent de prêter attention à l’ode à la « simplification », qui provient des discours politiques au sein de l’Union européenne et transcrite dans la politique menée par la Commission européenne, mais qui ne doivent pas se traduire par un détricotage des règles préservant nos ressources naturelles.

Plus généralement, ces débats soulèvent la question de l’usage : alors que certaines économistes parlent de « bulle de l’IA », qui peut réellement prédire quels seront les véritables usages futurs de ces infrastructures ?

Dans les années 1960, il fallait un bâtiment entier pour faire tenir un ordinateur, ils tiennent aujourd’hui dans notre smartphone. Si les IA de demain tiennent aussi sur nos terminaux, doit-on réellement sacrifier nos ressources naturelles pour créer ces mastodontes ?

Thomas Le Goff est Research Fellow au sein du think thank Centre on Regulation in Europe (CERRE).

– ref. Centres de données : pourquoi leur refroidissement consomme autant d’eau (et pourquoi cela pose problème) – https://theconversation.com/centres-de-donnees-pourquoi-leur-refroidissement-consomme-autant-deau-et-pourquoi-cela-pose-probleme-283514