Refroidissement par Immersion en Datacenter : Fonctionnement, Avantages et Datacenters Équipés en France

Le refroidissement par immersion transforme radicalement la gestion thermique des datacenters en plongeant les serveurs dans des liquides diélectriques non conducteurs. Cette technologie, adoptée en France depuis 2021, permet de réduire jusqu’à 30% la consommation énergétique tout en supportant des densités de 60 kW/m², soit quatre fois plus que les systèmes traditionnels ^[1]. Le marché mondial de l’immersion cooling devrait atteindre 4,87 milliards USD en 2025, avec une croissance annuelle de 17% jusqu’en 2032 ^[2].

Qu’est-ce que le refroidissement par immersion dans un datacenter ?

Le refroidissement par immersion consiste à immerger complètement les serveurs et leurs composants électroniques (CPU, GPU, cartes mères) dans un fluide diélectrique spécialisé. Ce liquide, contrairement à l’eau, ne conduit pas l’électricité et peut absorber la chaleur avec une efficacité jusqu’à 1000 fois supérieure à l’air ^[3].

Le fluide diélectrique utilisé est généralement une huile minérale ou synthétique biodégradable qui reste en contact direct avec tous les composants électroniques. Cette approche élimine totalement le besoin de ventilateurs, de climatisation CRAC (Computer Room Air Conditioning), et de circulation d’air forcé. Les serveurs fonctionnent silencieusement, sans poussière ni oxydation, dans un environnement hermétique contrôlé.

Cette méthode se distingue du refroidissement liquide direct (DLC) où seuls certains composants sont refroidis par des plaques froides. L’immersion offre un refroidissement uniforme et complet de l’ensemble du matériel informatique.

Comment fonctionne le système d’immersion cooling ?

Le refroidissement par immersion repose sur deux technologies principales : monophasé et biphasé. Chacune présente des caractéristiques techniques distinctes adaptées à différents besoins de datacenter.

Architecture monophasée

Dans un système monophasé, le fluide diélectrique reste à l’état liquide tout au long du cycle de refroidissement :

• Immersion des serveurs : Les équipements IT sont plongés dans des cuves ou réservoirs étanches remplis de liquide diélectrique maintenu entre 40°C et 50°C
• Absorption de chaleur : Le liquide en contact direct avec les composants absorbe instantanément la chaleur produite par les processeurs et circuits
• Circulation forcée : Des pompes font circuler le liquide chauffé vers une unité de distribution de refroidissement (CDU – Cooling Distribution Unit)
• Échange thermique : Le liquide chaud transfère sa chaleur à un circuit d’eau secondaire via un échangeur thermique
• Retour dans la cuve : Le liquide refroidi est réinjecté dans le réservoir pour un nouveau cycle

Cette approche permet d’atteindre des températures de fonctionnement optimales tout en utilisant des systèmes de free-cooling pendant une grande partie de l’année.

Architecture biphasée

Le système biphasé exploite l’évaporation naturelle du fluide :

• Évaporation au contact : Le liquide diélectrique bout à basse température (50-60°C) au contact des composants chauds, se transformant en gaz
• Condensation passive : Les vapeurs montent naturellement vers un échangeur thermique situé en haut de la cuve où elles se condensent
• Retour par gravité : Le liquide condensé retombe dans le bain par simple gravité, sans pompe nécessaire

Cette méthode offre un refroidissement encore plus efficace mais nécessite des fluides spécialisés plus coûteux et une conception hermétique stricte.

Gestion de la chaleur résiduelle

Le circuit secondaire du système d’immersion évacue la chaleur captée via plusieurs méthodes :

• Aérorefroidisseurs adiabatiques : Évacuation directe vers l’extérieur avec évaporation d’eau minimale
• Récupération de chaleur : Réutilisation pour le chauffage urbain, de bâtiments ou de serres agricoles
• Intégration free-cooling : Exploitation des températures extérieures pendant 90% de l’année grâce aux températures élevées du fluide (40-50°C)

Cette architecture permet d’obtenir des PUE (Power Usage Effectiveness) inférieurs à 1,1, contre 1,5 à 2,0 pour les datacenters refroidis par air traditionnels ^[4].

Avantages du refroidissement par immersion pour les datacenters

L’immersion cooling apporte des bénéfices mesurables qui transforment l’économie et les performances des infrastructures IT.

Efficacité énergétique exceptionnelle

• Réduction de 30 à 45% de la consommation électrique : Élimination des climatiseurs qui représentent 35 à 40% de la consommation d’un datacenter traditionnel ^[5]
• PUE optimal de 1,02 à 1,1 : Capture de 100% de la chaleur produite par les composants IT avec un minimum de pertes ^[6]
• Free-cooling prolongé : Utilisation de l’air extérieur pendant 90% de l’année grâce aux températures de fluide plus élevées (40-50°C vs 20-25°C pour l’air)
• Économies sur le refroidissement : Jusqu’à 99% de réduction de la consommation électrique dédiée au cooling par rapport aux systèmes à air ^[7]

Performance et densité accrues

• Densités de puissance extrêmes : Support de 15 à 100 kW par rack, contre 5 à 10 kW pour le refroidissement par air, idéal pour l’IA et le calcul haute performance ^[8]
• Températures CPU/GPU stabilisées : Refroidissement uniforme qui maintient les composants à 20-30°C de moins qu’avec l’air, augmentant les performances et la durée de vie
• Overclocking possible : Les processeurs peuvent fonctionner à des fréquences plus élevées sans risque de surchauffe
• Racks plus compacts : Jusqu’à 380 kW dans un rack 42U avec immersion contre 60 kW maximum en air ^[9]

Bénéfices environnementaux

• Réduction de 39% des émissions CO₂ : Baisse drastique de la consommation électrique et utilisation d’énergies renouvelables facilitée ^[10]
• Économie de 91% de la consommation d’eau : Élimination de l’humidification et réduction des tours de refroidissement ^[11]
• Fluides biodégradables : Utilisation de liquides diélectriques à base végétale ou synthétiques non toxiques
• Chaleur valorisable : Récupération à température élevée (40-50°C) pour chauffage urbain ou applications industrielles

Gains opérationnels

• Réduction de 50% de l’emprise au sol : Densification extrême permettant plus de puissance de calcul dans moins d’espace ^[12]
• Suppression des ventilateurs : Baisse du bruit de 90 dB, fiabilité accrue par élimination de pièces mécaniques mobiles
• Protection des composants : Élimination de la poussière, de l’humidité et de l’oxydation prolongeant la durée de vie matérielle de 20 à 30%
• Simplicité d’installation : Solutions plug-and-play sans besoin de faux-planchers, allées chaudes/froides ou systèmes de confinement

Comparatif des technologies de refroidissement datacenter

L’immersion cooling se révèle particulièrement pertinente pour les charges de travail intensives nécessitant haute densité et efficacité maximale, tandis que le refroidissement par air reste adapté aux déploiements standards à densité modérée.

Datacenters équipés en refroidissement par immersion en France

La France compte plusieurs pionniers qui ont déployé cette technologie innovante en production, positionnant le pays comme un acteur clé de l’immersion cooling en Europe.

Datacampus : Premier hébergeur français en production

Datacampus détient la distinction d’être le premier hébergeur en France à déployer le refroidissement par immersion en production depuis 2021 ^[13]. Cette infrastructure atteint des densités de 60 kW/m² avec une réduction de 30% de la consommation électrique et 50% d’emprise au sol comparé aux solutions précédentes. Le datacenter utilise un système monophasé avec fluide diélectrique en circuit fermé, offrant un PUE proche de 1,1.

Les gains environnementaux mesurés incluent une baisse de 40% de l’empreinte carbone et une quasi-élimination de la consommation d’eau. Datacampus cible principalement les clients avec des besoins en calcul haute performance, intelligence artificielle et rendu graphique intensif.

Totalinux : Datacenter 100% immersion à Jouy-en-Josas

Totalinux a inauguré le premier datacenter français entièrement dédié au refroidissement par immersion à Jouy-en-Josas (Yvelines) ^[14]. Cette installation révolutionnaire optimise spécifiquement les charges de travail d’intelligence artificielle en supportant des GPU haute puissance (700W par GPU) sans compromettre l’efficacité énergétique.

Le projet intègre une architecture modulaire permettant une évolutivité flexible selon les besoins clients. Les économies opérationnelles atteignent 35% sur l’électricité avec une réduction drastique des coûts de refroidissement. Totalinux propose également des solutions d’immersion cooling clés en main pour d’autres opérateurs souhaitant migrer vers cette technologie.

ITrium (Zenetys) : Datacenter éco-responsable 100% immergé

ITrium, développé par Zenetys, représente un datacenter green 100% immergé utilisant un fluide diélectrique biodégradable en circuit fermé ^[15]. Cette solution se distingue par sa capacité d’installation dans tout bâtiment sans infrastructure spécifique de refroidissement préexistante.

L’approche ITrium élimine complètement les groupes froids et systèmes de climatisation traditionnels. Le datacenter récupère la chaleur produite pour alimenter des réseaux de chauffage urbain, créant un modèle d’économie circulaire. La solution est particulièrement adaptée aux edge datacenters urbains où l’espace et l’efficacité énergétique sont critiques.

2CRSi : Solutions immersion verticales

2CRSi, constructeur français de serveurs haute performance, propose des solutions de refroidissement par immersion monophasé vertical adaptées aux besoins industriels ^[16]. Leur système élimine les ventilateurs serveurs, réduit les variations de température et optimise les performances des processeurs.

Les cuves 2CRSi intègrent une détection de fuites avancée et des systèmes de monitoring en temps réel de la qualité du fluide. L’entreprise accompagne ses clients dans la transition avec formation des équipes et support technique dédié. Les solutions sont préfabriquées en usine pour un déploiement rapide sur site.

Autres acteurs et initiatives

• APL Datacenter explore l’immersion pour applications quantiques et IA avec évacuation de chaleur via aérorefroidisseurs ou réutilisation énergétique ^[17]
• TTK fournit des systèmes de détection de fuites d’hydrocarbures spécifiquement conçus pour les installations d’immersion cooling ^[18]
• Digital Realty France évalue l’intégration de l’immersion dans ses prochaines générations de datacenters pour répondre aux besoins hyperscale ^[19]

Le déploiement en France reste concentré sur des niches haute valeur (IA, HPC, recherche) mais devrait s’étendre aux applications mainstream d’ici 2027-2028 selon les projections du marché.

Critères de choix pour adopter le refroidissement par immersion

L’adoption de l’immersion cooling nécessite une évaluation rigoureuse de plusieurs paramètres techniques et économiques.

Profil de charge de travail

Charges intensives recommandées : Intelligence artificielle, apprentissage machine, calcul haute performance, rendu 3D, crypto-mining, modélisation scientifique. Ces applications justifient l’investissement par leurs densités de puissance extrêmes (>20 kW/rack) et leur sensibilité à la température.
Charges standard : Pour des applications web, virtualisation légère ou stockage à densité modérée (<10 kW/rack), le refroidissement par air reste plus économique et simple à opérer.

Analyse économique

• Investissement initial : 3 à 5 fois supérieur au refroidissement par air (cuves, fluide, CDU, formation)
• ROI typique : 3 à 5 ans selon les tarifs énergétiques et l’intensité d’utilisation
• Économies opérationnelles : 30-45% sur l’électricité, 50% sur l’espace, réduction drastique de la maintenance climatisation
• Valorisation chaleur : Revenus additionnels possibles si réseaux de chaleur disponibles à proximité

Contraintes techniques

Compatibilité matérielle : Tous les composants doivent être certifiés pour immersion. Retrait nécessaire des ventilateurs, disques durs mécaniques à remplacer par SSD, cartes réseau adaptées.
Infrastructure existante : Évaluer la capacité structurelle du bâtiment (poids des cuves remplies : 2-3 tonnes par rack), accessibilité pour maintenance, évacuation de la chaleur vers l’extérieur.
Compétences équipe : Formation obligatoire des techniciens à la manipulation du fluide, procédures de sécurité spécifiques, diagnostic des pannes dans un environnement immergé.

Conformité et sécurité

• Normes incendie : Les fluides diélectriques sont généralement ininflammables (point éclair >200°C)
• Environnement : Vérifier biodégradabilité et certifications écologiques du fluide
• Détection de fuites : Systèmes obligatoires pour surveiller les éventuelles fuites d’hydrocarbures
• Plan de continuité : Procédures de basculement en cas de défaillance du système de circulation

L’immersion convient particulièrement aux nouvelles constructions où l’infrastructure peut être optimisée dès la conception, plutôt qu’aux retrofits de datacenters existants.

FAQ : Questions fréquentes sur le refroidissement par immersion

Le refroidissement par immersion est-il sûr pour les composants électroniques ?

Oui, totalement sûr. Les liquides diélectriques utilisés ne conduisent pas l’électricité et sont spécifiquement formulés pour l’immersion de composants électroniques. Ils protègent même mieux contre l’oxydation et la corrosion que l’air, prolongeant la durée de vie du matériel de 20 à 30%. Les composants peuvent fonctionner immergés pendant toute leur vie opérationnelle sans dégradation.

Quel est le coût du fluide diélectrique et sa durée de vie ?

Le fluide diélectrique coûte entre 20 et 50 €/litre selon sa qualité et ses propriétés thermiques. Une cuve standard de 200 litres représente un investissement de 4000 à 10000 €. La durée de vie du fluide atteint 5 à 10 ans en circuit fermé avec filtration régulière. Le fluide conserve ses propriétés diélectriques et thermiques sans remplacement complet, seul un appoint annuel de 5-10% est nécessaire pour compenser l’évaporation minimale.

Comment intervenir sur un serveur immergé pour la maintenance ?

La maintenance nécessite une procédure spécifique : extraction du serveur de la cuve avec un système de levage, égouttage pendant 15-30 minutes au-dessus du bain pour récupération du fluide, puis intervention classique. Le serveur peut être manipulé normalement une fois égoutté. Certains systèmes modulaires permettent l’extraction de tiroirs individuels sans vider la cuve. Le temps d’intervention est allongé de 30-45 minutes par rapport à un serveur en rack traditionnel.

Quelle est la différence entre immersion monophasée et biphasée ?

Le système monophasé maintient le fluide à l’état liquide avec circulation forcée par pompes, offrant simplicité et coûts modérés avec des fluides standards (huile minérale). Le système biphasé exploite l’évaporation-condensation naturelle du fluide sans pompes, offrant un refroidissement supérieur mais nécessitant des fluides spéciaux coûteux et une étanchéité hermétique stricte. Le monophasé représente 85% des déploiements actuels grâce à sa maturité et son rapport coût-efficacité.

Le refroidissement par immersion consomme-t-il beaucoup d’eau ?

Non, l’immersion réduit drastiquement la consommation d’eau de 91% par rapport aux systèmes traditionnels ^[20]. Le fluide diélectrique circule en circuit fermé sans évaporation significative. L’eau n’est utilisée que dans le circuit secondaire d’évacuation finale de chaleur, en quantités minimes avec des aérorefroidisseurs adiabatiques. Un datacenter immergé de 1 MW consomme environ 10-15 m³ d’eau par an contre 100-150 m³ pour un datacenter refroidi par air avec tours de refroidissement.

Conclusion

Le refroidissement par immersion représente une rupture technologique majeure pour les datacenters français confrontés aux défis de densité, d’efficacité énergétique et de durabilité. Avec un marché mondial projeté à 4,87 milliards USD en 2025 et des pionniers comme Datacampus et Totalinux déjà opérationnels, la France se positionne comme un acteur clé de cette transformation. Les économies de 30 à 45% sur l’électricité, le PUE inférieur à 1,1 et la capacité à supporter les charges d’intelligence artificielle font de l’immersion cooling un investissement stratégique pour les infrastructures IT haute performance. Votre datacenter est-il prêt pour cette évolution technologique ?

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