La question du refroidissement d’un datacenter est l’une des plus importantes en matière de performance. Car les équipements informatiques – qui constituent le socle de la digitalisation des entreprises – doivent être refroidis en permanence afin d’éviter des surchauffes, avec des conséquences majeures sur leur fonctionnement. La gestion thermique (et hygrométrique) des salles joue donc un rôle clé, ce qui rend indispensable de choisir avec soin son système de refroidissement de datacenter (CRAC-CRAH, free cooling, liquid cooling, etc.). C’est d’autant plus crucial que ces installations consomment près de 3 % de l’électricité produite dans le monde, et que la question de l’efficacité énergétique (indice PUE) doit nécessairement se poser.

Pourquoi le refroidissement d’un data center est-il essentiel ?

Les équipements informatiques émettent de la chaleur. Au sein des datacenters, cette chaleur est problématique : elle doit être évacuée. Pourquoi ? Parce qu’au-delà d’une certaine température, les serveurs se coupent automatiquement par mesure de sécurité, ce qui entraîne une discontinuité du service. S’ils ne le faisaient pas, la surchauffe serait à l’origine d’une panne, voire d’une détérioration des éléments sensibles.

C’est là que le refroidissement du datacenter joue un rôle majeur : en maintenant l’installation à une température adéquate, ce système garantit le bon fonctionnement des équipements et la continuité du service. Cette température idéale, comprise entre 18 et 27 °C (selon une étude de l’ASHRAE), dépend de plusieurs facteurs : taille de la salle, âge des installations, ou encore type de serveurs. Quant à l’humidité relative, on veut la conserver entre 20 et 80 %.

Or le refroidissement d’un datacenter est le poste le plus énergivore de toute l’infrastructure informatique. Dans un datacenter obsolète, le système de refroidissement est susceptible de consommer deux fois plus d’électricité que l’infrastructure en elle-même. Dans un datacenter plus récent, doté de technologies innovantes, cette part peut tomber sous la barre des 10 %.

L’efficacité du système de refroidissement dans un datacenter est donc un enjeu majeur dans un contexte où l’on favorise la sobriété énergétique. Il faut savoir que la part de ces installations dans la consommation finale européenne pourrait atteindre 3,2 % en 2030, contre 1,9 % en 2010 (rapport de la Commission européenne sur l’efficacité énergétique des technologies de Cloud computing, 2020). Il est donc crucial de pouvoir répondre à cette question : comment refroidir un datacenter efficacement et sans faire exploser sa consommation énergétique ?

Système de refroidissement d’un data center : solutions traditionnelles vs solutions innovantes

En matière de refroidissement d’un datacenter, on peut classer les solutions existantes en deux catégories : les systèmes traditionnels et les stratégies innovantes.

 

Les techniques classiques de refroidissement du datacenter

Traditionnellement, le refroidissement d’un datacenter est assuré par des systèmes de climatisation et de traitement d’air qui fonctionnent à l’aide de planchers surélevés et d’unités CRAC-CRAH. Ces systèmes exercent une pression sur l’espace disponible sous le plancher, de manière à pousser l’air frais vers les entrées des serveurs. Cet air se réchauffe avant d’être expulsé vers les unités qui le refroidissent.

  • Le CRAC fait référence à une infrastructure de climatisation, courante dans les datacenters en raison de ses coûts modérés. Ce système fonctionne à la manière d’un climatiseur traditionnel, avec un compresseur qui assure le refroidissement par soufflage d’air sur un échangeur rempli de réfrigérant. Il est toutefois impossible de varier les flux d’air, du moins sur les systèmes les plus courants. En outre, ce système consomme beaucoup d’énergie.
  • Le CRAH renvoie à un système de traitement d’air qui fonctionne avec une centrale d’eau glacée, comme on en trouve dans de nombreux immeubles de bureaux. L’eau glacée passe par un serpentin afin de refroidir l’air transporté par les unités. C’est un système adapté aux endroits où il fait naturellement froid.

Ces techniques sont pertinentes pour les installations de petite taille ou de taille moyenne, mais restent énergivores.

 

Les techniques innovantes de refroidissement

L’accroissement des salles et l’augmentation de la consommation énergétique poussent les techniques traditionnelles dans leurs derniers retranchements. Des solutions plus efficaces et moins énergivores ont été développées et sont progressivement adoptées par les entreprises, comme le free cooling ou le liquid cooling.

  • Le free cooling consiste à utiliser l’air extérieur pour le refroidissement du datacenter. L’air est injecté directement dans les salles, tandis que l’air intérieur, chaud, est évacué. Pour que cela fonctionne, il faut que la température extérieure reste en dessous de 25 °C – un seuil qui correspond à l’urbanisation actuelle des salles et aux types de serveurs les plus utilisés. Aussi, l’écart entre l’air extérieur et intérieur ne doit pas excéder 10 °C : dans le cas contraire, il faut refroidir l’air extérieur avant de l’envoyer dans les salles, en utilisant un réseau intermédiaire constitué d’air ou d’un liquide qui refroidit le datacenter. Ce système est plus propre et plus stable.
  • Le refroidissement adiabatique est l’un des plus efficaces : il consiste à vaporiser de l’eau dans l’air. En s’évaporant, l’eau absorbe les calories de l’air et fait baisser la température en traversant des panneaux adiabatiques. La vapeur est ensuite évacuée via l’air chaud rejeté hors du datacenter. Cette solution utilise des phénomènes naturels librement disponibles (comme pour les énergies renouvelables), ce qui limite grandement la consommation d’eau et d’électricité.
  • Le refroidissement liquide du datacenter (liquid cooling) connaît une popularité grandissante, bien que ses coûts de mise en place restent élevés : l’eau est en effet beaucoup plus efficace que l’air pour transférer la chaleur. Différentes technologies existent, comme le refroidissement direct sur plaque froide (installée à côté d’un composant, d’un serveur ou d’un rack), ou encore, plus récemment, le refroidissement liquide du datacenter par immersion (tous les composants internes sont immergés dans un liquide non conducteur).
  • Le refroidissement de datacenter hybride combine le mode humide par ruissellement d’eau sur les batteries avec la convection assurée par les ventilateurs. Ces refroidisseurs requièrent une surface au sol deux fois inférieure en moyenne que les systèmes adiabatiques, avec un meilleur rendement.

Comment choisir le bon système de refroidissement de datacenter ?

Le choix de la bonne solution de refroidissement pour un datacenter dépend de plusieurs facteurs : la taille des salles, la situation géographique, les variations de la température extérieure durant l’année (pour le free cooling), ou encore le budget disponible (le liquid cooling revient encore cher, raison pour laquelle il n’est pas démocratisé).

Une évaluation soigneuse des besoins énergétiques doit nécessairement précéder le transfert des actifs numériques dans un datacenter. Pour cela, on emploie l’indicateur d’efficacité énergétique PUE (Power Usage Effectiveness) mis au point par Green Grid : il s’agit du ratio entre l’énergie totale consommée par le datacenter et l’alimentation des équipements informatiques (serveurs, stockage, réseau). Plus l’énergie totale est réduite relativement à l’énergie consommée par les équipements, meilleur est le rendement du système de refroidissement du datacenter. Néanmoins, cet indicateur manque de pertinence dans le cas particulier du liquid cooling, qui réduit aussi la consommation électrique IT – ce qui fait baisser le ratio.

 

Quelles sont les solutions de refroidissement utilisées dans les datacenters Telehouse ?

Chez Telehouse, nous combinons deux approches pour le refroidissement de chaque datacenter :

  • Un agencement plus efficace des salles, séparées en allées chaudes et en allées froides. Les équipements qui produisent de la chaleur sont placés dans les allées chaudes, tandis que ceux qui n’en génèrent pas, ou peu, sont disposés dans les allées froides. En raison de l’alternance entre les rangées, la chaleur est évacuée naturellement des zones chaudes vers les zones froides.
  • L’utilisation de systèmes de refroidissement sophistiqués, composés de groupes de climatisation à haut rendement énergétique et de technologies innovantes comme le free cooling.