Un data center transforme la quasi-totalit\u00e9 de l’\u00e9lectricit\u00e9 qu’il consomme en chaleur. Cette chaleur s’accumule en continu dans un volume restreint et doit \u00eatre \u00e9vacu\u00e9e sans la moindre interruption. Faute de quoi les serveurs montent en temp\u00e9rature, d\u00e9gradent leurs performances, puis finissent par s’arr\u00eater en protection thermique.<\/p>\n
Refroidir un data center n’est pas une option de confort, mais une condition de fonctionnement.<\/strong> C’est aussi un poste de co\u00fbt lourd<\/strong> et, d\u00e9sormais, un sujet de responsabilit\u00e9 environnementale et r\u00e9glementaire.<\/p>\n L’ampleur de l’enjeu est document\u00e9e par l’Agence internationale de l’\u00e9nergie. La consommation \u00e9lectrique mondiale des data centers a \u00e9t\u00e9 estim\u00e9e \u00e0 environ 415 TWh en 2024<\/strong>, soit pr\u00e8s de 1,5 pour cent de l’\u00e9lectricit\u00e9 mondiale, et devrait approcher 945 TWh en 2030<\/strong>, sous l’effet notamment de l’intelligence artificielle. Dans ce total, le refroidissement p\u00e8se d’environ 7 pour cent dans un site hyperscale efficace \u00e0 plus de 30 pour cent dans un data center d’entreprise mal optimis\u00e9. Autrement dit, c’est sur le froid que se joue l’essentiel de la marge de progr\u00e8s<\/strong>.<\/p>\n Cet article passe en revue les m\u00e9thodes qui permettent de refroidir un data center<\/strong> tout en limitant la d\u00e9pense \u00e9nerg\u00e9tique : le free cooling, les syst\u00e8mes adiabatiques et le cool roof. Trois logiques compl\u00e9mentaires<\/strong>, \u00e0 arbitrer selon trois param\u00e8tres :<\/p>\n La chaleur d\u00e9gag\u00e9e dans une salle informatique provient directement de la puissance \u00e9lectrique des serveurs, des baies de stockage et des \u00e9quipements r\u00e9seau. Plus la densit\u00e9 de calcul augmente, plus cette charge thermique se concentre.<\/p>\n L’objectif de l’exploitant est de maintenir l’air entrant dans les baies \u00e0 l’int\u00e9rieur d’une fen\u00eatre \u00e9troite<\/strong>. La recommandation de r\u00e9f\u00e9rence, port\u00e9e par l’ASHRAE, situe cette plage entre 18 et 27 degr\u00e9s Celsius<\/strong>. En dessous, on d\u00e9pense de l’\u00e9nergie inutilement. Au-dessus, on prend des risques sur la fiabilit\u00e9 du mat\u00e9riel. Nous d\u00e9taillons ces rep\u00e8res dans notre article d\u00e9di\u00e9 \u00e0 la temp\u00e9rature id\u00e9ale d’un data center<\/a>.<\/p>\n Historiquement, le froid a \u00e9t\u00e9 produit par des syst\u00e8mes actifs de type CRAC, proches d’une climatisation, ou CRAH, fond\u00e9s sur une boucle d’eau glac\u00e9e. Ces dispositifs restent indispensables au c\u0153ur des salles, mais ils partagent un d\u00e9faut : ils consomment en permanence et combattent une chaleur d\u00e9j\u00e0 install\u00e9e<\/strong>.<\/p>\n Pour comprendre comment ils s’articulent avec les approches plus sobres d\u00e9crites ici, vous pouvez consulter notre comparatif des solutions de refroidissement pour data center<\/a>. Ces enjeux se retrouvent plus largement dans l’industrie<\/a>, o\u00f9 la ma\u00eetrise des apports thermiques conditionne la facture \u00e9nerg\u00e9tique.<\/p>\n Un dernier point m\u00e9rite l’attention des exploitants fran\u00e7ais. Les locaux techniques restent des lieux de travail o\u00f9 interviennent des \u00e9quipes de maintenance. R\u00e9duire la temp\u00e9rature des surfaces et de l’air ambiant rel\u00e8ve donc aussi de la pr\u00e9vention des risques, un cadre que nous abordons \u00e0 travers nos rep\u00e8res sur l’inconfort thermique<\/a>.<\/p>\n Le free cooling consiste \u00e0 exploiter directement la fra\u00eecheur de l’air ext\u00e9rieur<\/strong> pour refroidir la salle, plut\u00f4t que de produire du froid m\u00e9canique en permanence. Lorsque la temp\u00e9rature ext\u00e9rieure est suffisamment basse, l’air frais est introduit ou sert \u00e0 refroidir une boucle d’eau, tandis que l’air chaud des serveurs est rejet\u00e9 dehors. Les compresseurs ne se d\u00e9clenchent qu’en appoint, lors des journ\u00e9es chaudes, ce qui r\u00e9duit nettement la consommation sur l’ann\u00e9e<\/strong>.<\/p>\n L’efficacit\u00e9 de la m\u00e9thode d\u00e9pend du climat.<\/strong> Plus le nombre d’heures o\u00f9 l’air ext\u00e9rieur reste sous le seuil de consigne est \u00e9lev\u00e9, plus le gain est important. Sur une grande partie du territoire fran\u00e7ais, le potentiel est r\u00e9el, mais il se r\u00e9duit lors des \u00e9pisodes caniculaires<\/strong> de plus en plus fr\u00e9quents, qui imposent alors de basculer sur le froid m\u00e9canique d’appoint.<\/p>\n L’\u00e9tude publi\u00e9e par l’ADEME<\/a> en 2025, conduite par le bureau Critical Building, chiffre ce gain. En mod\u00e9lisant des data centers de 1 et 10 m\u00e9gawatts informatiques sous climat fran\u00e7ais, elle montre qu’un refroidissement a\u00e9ror\u00e9frig\u00e9rant affiche un PUE de l’ordre de 1,36 \u00e0 1,39<\/strong>, tandis que des groupes \u00e0 eau exploitant le free chilling descendent \u00e0 un PUE de 1,24 \u00e0 1,27<\/strong>, avec un gain additionnel d’environ 7 pour cent gr\u00e2ce \u00e0 des compresseurs \u00e0 paliers magn\u00e9tiques.<\/p>\n Le PUE, ou Power Usage Effectiveness, rapporte l’\u00e9nergie totale du site \u00e0 celle consomm\u00e9e par l’informatique seule : plus il s’approche de 1, plus l’installation est efficace<\/strong>. L’ADEME recommande explicitement de prioriser le free cooling<\/strong> chaque fois que le climat le permet.<\/p>\n Le principal avantage du free cooling est sa sobri\u00e9t\u00e9.<\/strong> Sa limite tient \u00e0 sa d\u00e9pendance m\u00e9t\u00e9orologique et \u00e0 l’espace n\u00e9cessaire aux prises d’air et au filtrage. Il gagne presque toujours \u00e0 \u00eatre associ\u00e9 \u00e0 une r\u00e9duction de la charge thermique entrante<\/strong>, sujet sur lequel nous revenons plus loin.<\/p>\n Le refroidissement adiabatique repose sur un principe physique simple : lorsqu’on \u00e9vapore de l’eau, l’\u00e9vaporation absorbe de la chaleur<\/strong> et abaisse la temp\u00e9rature de l’air. Concr\u00e8tement, l’air est mis en contact avec des panneaux humides ou une fine brumisation, et il ressort plus frais avant d’entrer dans la salle.<\/p>\n Contrairement aux unit\u00e9s CRAH, le syst\u00e8me adiabatique n’exige pas de production d’eau glac\u00e9e par compresseurs, ce qui le rend plus \u00e9conome en \u00e9nergie qu’une climatisation classique<\/strong>.<\/p>\n Cette m\u00e9thode prolonge utilement le free cooling.<\/strong> Quand l’air ext\u00e9rieur devient trop chaud pour rafra\u00eechir directement la salle, un \u00e9tage adiabatique permet de gagner plusieurs degr\u00e9s sans rallumer imm\u00e9diatement les groupes froids<\/strong>. Elle est donc souvent int\u00e9gr\u00e9e comme un compl\u00e9ment, qui \u00e9largit la plage horaire pendant laquelle le site fonctionne en mode \u00e9conome. Cette logique d’appoint se retrouve dans d’autres usages de refroidissement en b\u00e2timent industriel<\/a>, o\u00f9 l’on cherche \u00e0 reculer le seuil de d\u00e9clenchement du froid actif.<\/p>\n Le compromis se situe sur la ressource en eau.<\/strong> Le rafra\u00eechissement adiabatique consomme de l’eau, et cette consommation augmente pr\u00e9cis\u00e9ment lors des pics de chaleur, au moment o\u00f9 la ressource peut \u00eatre tendue.<\/p>\n Une conception soign\u00e9e, en boucle ferm\u00e9e et avec un traitement d’eau adapt\u00e9, limite ce pr\u00e9l\u00e8vement. L’ADEME insiste d’ailleurs sur l’int\u00e9r\u00eat de minimiser la consommation d’eau des installations<\/strong> en privil\u00e9giant les boucles ferm\u00e9es. L’adiabatique est performant, mais il doit \u00eatre dimensionn\u00e9 en tenant compte de cet arbitrage entre \u00e9nergie \u00e9conomis\u00e9e et eau pr\u00e9lev\u00e9e<\/strong>.<\/p>\n Free cooling et adiabatique restent des syst\u00e8mes qui traitent l’air \u00e0 l’int\u00e9rieur du b\u00e2timent. Le cool roof adopte une logique inverse :<\/strong> il emp\u00eache une partie de la chaleur solaire d’entrer. C’est une solution passive, sans aucune consommation d’\u00e9nergie<\/strong> une fois appliqu\u00e9e, qui agit directement sur la charge thermique que les autres syst\u00e8mes devront compenser. Cette approche est au c\u0153ur du d\u00e9bat \u00e9tanch\u00e9it\u00e9 contre cool roof<\/a>, o\u00f9 le rev\u00eatement r\u00e9fl\u00e9chissant se distingue par son action sur les apports solaires.<\/p>\n Le principe rel\u00e8ve de la physique du rayonnement. \u00c0 midi par ciel d\u00e9gag\u00e9 en \u00e9t\u00e9, une toiture re\u00e7oit de l’ordre de 1000 watts de rayonnement solaire par m\u00e8tre carr\u00e9<\/strong>. Une couverture sombre absorbe cette \u00e9nergie, s’\u00e9chauffe fortement et restitue une partie de la chaleur vers l’int\u00e9rieur<\/strong>. Une toiture claire et r\u00e9fl\u00e9chissante renvoie l’essentiel du rayonnement vers le ciel.<\/strong> On parle alors d’alb\u00e9do<\/a> \u00e9lev\u00e9, c’est-\u00e0-dire d’un fort pouvoir de r\u00e9flexion solaire.<\/p>\n Le cool roof consiste \u00e0 appliquer sur la toiture un rev\u00eatement r\u00e9fl\u00e9chissant<\/strong>, le plus souvent de teinte blanche, qui combine une forte r\u00e9flectance solaire et une bonne \u00e9mittance thermique, c’est-\u00e0-dire une capacit\u00e9 \u00e0 r\u00e9\u00e9mettre vers le ciel la chaleur absorb\u00e9e. Ces deux propri\u00e9t\u00e9s sont synth\u00e9tis\u00e9es par l’Indice de R\u00e9flectance Solaire, ou SRI<\/strong>, d\u00e9fini par la norme ASTM E1980. Cet indice permet de classer objectivement la capacit\u00e9 d’une toiture \u00e0 rejeter la chaleur solaire, une notion que nous d\u00e9veloppons dans notre article sur le coefficient de r\u00e9flectance solaire et l’indice SRI<\/a>.<\/p>\n Les ordres de grandeur sont bien document\u00e9s par les laboratoires de r\u00e9f\u00e9rence. Selon le Heat Island Group du Lawrence Berkeley National Laboratory, une toiture claire r\u00e9fl\u00e9chissant environ 35 pour cent du rayonnement solaire reste de l’ordre de 8 \u00e0 10 degr\u00e9s Celsius plus froide en surface<\/strong> qu’une toiture sombre \u00e9quivalente. L’\u00e9cart progresse<\/strong> avec les rev\u00eatements blancs \u00e0 tr\u00e8s forte r\u00e9flectance. Cette baisse de la temp\u00e9rature de surface r\u00e9duit directement le flux de chaleur transmis \u00e0 l’int\u00e9rieur<\/strong>, donc l’\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour rafra\u00eechir la salle.<\/p>\n C\u00f4t\u00e9 b\u00e2timent, l’agence am\u00e9ricaine de protection de l’environnement, l’EPA, indique qu’un cool roof r\u00e9duit la demande de pointe de climatisation de 11 \u00e0 27 pour cent<\/strong> dans les b\u00e2timents climatis\u00e9s, et abaisse la temp\u00e9rature int\u00e9rieure maximale de 1,2 \u00e0 3,3 degr\u00e9s Celsius dans les b\u00e2timents non climatis\u00e9s. Une simulation de grande ampleur conduite par Levinson et Akbari sur des centaines de villes et plusieurs prototypes de b\u00e2timents commerciaux confirme la logique : remplacer une toiture grise par une toiture blanche fra\u00eeche g\u00e9n\u00e8re une \u00e9conomie nette de climatisation<\/strong>, bien sup\u00e9rieure \u00e0 la l\u00e9g\u00e8re p\u00e9nalit\u00e9 de chauffage hivernal, ainsi qu’une r\u00e9duction sensible des \u00e9missions de CO2 associ\u00e9es.<\/p>\n L’efficacit\u00e9 ne se limite pas aux constructions neuves.<\/strong> Une \u00e9tude de cas r\u00e9elle men\u00e9e par Romeo et Zinzi sur un immeuble de bureaux existant en Sicile a montr\u00e9, apr\u00e8s application d’un rev\u00eatement cool roof sur une partie de la toiture, une baisse mesurable de la temp\u00e9rature de surface du toit, de la temp\u00e9rature int\u00e9rieure ressentie et de la charge de climatisation. Le cool roof est particuli\u00e8rement pertinent en r\u00e9novation<\/strong>, sur des b\u00e2timents en exploitation, ce qui correspond \u00e0 la situation de la majorit\u00e9 des data centers d\u00e9j\u00e0 en service.<\/p>\n L’int\u00e9r\u00eat du cool roof ne s’arr\u00eate pas \u00e0 l’enveloppe du data center. En r\u00e9fl\u00e9chissant le rayonnement au lieu de le stocker, ces toitures att\u00e9nuent l’effet d’\u00eelot de chaleur urbain<\/strong>. La revue de r\u00e9f\u00e9rence de Santamouris, publi\u00e9e dans la revue Solar Energy, retient un rep\u00e8re parlant : chaque hausse de 10 pour cent de l’alb\u00e9do moyen d’une ville s’accompagne d’une baisse d’environ 0,3 degr\u00e9 Celsius de la temp\u00e9rature ambiante moyenne<\/strong> et d’environ 0,9 degr\u00e9 sur les pics. \u00c0 l’\u00e9chelle d’un site isol\u00e9, l’effet reste modeste, mais il va dans le bon sens et s’inscrit dans la logique de sobri\u00e9t\u00e9 attendue par les donneurs d’ordre.<\/p>\n Ces trois approches ne s’opposent pas, elles s’encha\u00eenent<\/strong> selon une logique en cascade :<\/p>\n Le cool roof, lui, agit en amont de toute cette cha\u00eene<\/strong>, en r\u00e9duisant la quantit\u00e9 de chaleur que la toiture laisse entrer. En all\u00e9geant la charge \u00e0 la source, il prolonge les p\u00e9riodes o\u00f9 le free cooling suffit<\/strong>, espace les d\u00e9clenchements de l’adiabatique et soulage les groupes froids.<\/p>\n Le tableau ci-dessous r\u00e9sume la place de chaque levier dans cette cha\u00eene de refroidissement.<\/p>\n\n
Pourquoi ma\u00eetriser la temp\u00e9rature d’un data center<\/h2>\n
Une charge thermique \u00e0 \u00e9vacuer en continu<\/h3>\n
Les limites du froid m\u00e9canique classique<\/h3>\n
Le free cooling, refroidir avec l’air ext\u00e9rieur<\/h2>\n
Le principe<\/h3>\n
Ce que disent les chiffres<\/h3>\n
Les syst\u00e8mes adiabatiques, rafra\u00eechir l’air avec de l’eau<\/h2>\n
Le principe<\/h3>\n
Un relais id\u00e9al pour le free cooling<\/h3>\n
L’arbitrage de la ressource en eau<\/h3>\n
Le cool roof, agir sur la cause plut\u00f4t que sur le sympt\u00f4me<\/h2>\n
R\u00e9fl\u00e9chir le rayonnement plut\u00f4t que le subir<\/h3>\n
Des gains thermiques mesur\u00e9s<\/h3>\n
Un effet qui d\u00e9passe le b\u00e2timent<\/h3>\n
Comment choisir et combiner ces m\u00e9thodes<\/h2>\n
Trois logiques compl\u00e9mentaires<\/h3>\n
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