Pourquoi exploiter la chaleur fatale du data center ?

Incontournables de la donnée numérique et des flux dʼinformations, les data centers sont aussi d'importants consommateurs d'énergie, dont lʼimpact sur l'approvisionnement énergétique et l'environnement est un enjeu majeur. A ce titre, l'évacuation de la chaleur produite pendant le fonctionnement de lʼinformatique et des équipements du data center est un défi constant. Et qui devient plus complexe avec lʼémergence des infrastructures dʼIA (Intelligence Artificielle) et les nouveaux objectifs d'efficacité et de réduction des émissions de carbone fixés par lʼEurope, les gouvernements et les autorités locales.

Les clients des data centers sont également de plus en plus préoccupés par l'empreinte carbone de leur utilisation des données. Au travers de lʼapproche Scope 3 de la transition écologique et énergétique, ils se concentrent sur la collaboration avec des fournisseurs qui, dans ce domaine, peuvent démontrer des références bas carbone. Globalement, les développeurs comme les opérateurs de data centers sont sous une pression croissante pour fournir des services robustes et sans défaut, tout en réduisant la consommation d'énergie et les émissions carbone.

Des scénarios pour bénéficier de lʼefficacité des data centers L'attention sʼest dʼabord portée sur la sélection des technologies de refroidissement pour correspondre aux exigences des bâtiments tout en atteignant les objectifs de réduction d'énergie. Pour autant, il existe une autre façon d'aborder ce défi, considérer les data centers comme des sources d'énergie thermique pouvant être appliquées à d'autres bâtiments : la réutilisation de la chaleur émise et perdue par les data centers, également appelée “chaleur fatale”.

Cʼest pour cela quʼémerge un scénario reposant sur lʼassociation de la chaleur fatale avec les réseaux de chaleur et lʼexploitation des pompes à chaleur (qui utilisent la chaleur basse température comme source d'énergie). La chaleur de sortie des data centers est d'environ 30ºC à 35ºC. Les pompes à chaleur peuvent utiliser l'eau à cette température comme source de chaleur, augmentant la température jusqu'à 70ºC à 80ºC. Cette énergie thermique peut être utilisée dans le bâtiment du data center et dans les bâtiments à proximité pour le chauffage général. Elle peut également répondre à la demande d'eau chaude sanitaire dans les salles de bains et les douches, par exemple. Alternativement, elle peut être utilisée à plus grande échelle dans les réseaux de chaleur.

La réutilisation de la chaleur, donner une seconde vie au PUE

Le PUE (Power Usage Effectiveness) - le rapport entre l'énergie totale utilisée par un data center (y compris la charge informatique, le refroidissement, l'éclairage et autres systèmes électriques) et l'énergie fournie aux équipements informatiques - mesure l'efficacité d'utilisation de l'énergie consommée par le data center. Le PUE idéal est de 1,0, c'està-dire que toute lʼénergie va aux serveurs. Or, mesuré par lʼUptime Institute, le PUE moyen mondial en 2024 est de 1,56. Il a fortement chuté entre 2007 (PUE 2,5) et 2017 (PUE 1,58), soulignant le travail considérable effectué par les acteurs du data center en matière dʼefficacité énergétique et de réduction de la consommation, mais depuis il peine à rejoindre à défaut de se placer en dessous de la barre des 1,5. LʼUptime Institute note que “les progrès ont ralenti”, nous ajouterons que la donnée créée explose, tout comme la construction des data centers pour la stocker et la traiter, ce qui explique en partie ce ralentissement. Le PUE a besoin dʼun coup de pouce, les nouvelles pratiques en matière de refroidissement des data centers et dʼexploitation de la chaleur perdue vont lʼaider à se rapprocher du 1.0.

La prise en considération du facteur de réutilisation dʼénergie ERF (Energy Reuse Factor) devient essentielle dans la conception et l'exploitation des data centers. LʼERF mesure la quantité d'énergie réutilisée divisée par la quantité totale d'énergie électrique fournie à un data center. On retrouve ce facteur dans une nouvelle norme ISO/IEC 30134-6:2021 Technologies de l'information - indicateurs de performance clés des data centers - Partie 6 : Facteur de Réutilisation d'Énergie (ERF). Cette nouvelle norme définit l'énergie réutilisée comme : "L'utilisation de l'énergie utilisée dans le data center pour un objectif alternatif en dehors des limites du data center. L'énergie rejetée dans l'environnement ne constitue pas de l'énergie réutilisée."

Le Forum Économique Mondial (FEM) a reconnu l'importance d'exploiter la chaleur produite par les data centers, et estime que le marché du chauffage par des data centers pourrait valoir 2,5 milliards de dollars d'ici 2025. Microsoft a estimé qu'il est possible d'atteindre une plage de FRE allant jusqu'à 69% pendant les mois d'hiver et 86% en été. Les facteurs atténuants comprennent le type de système de refroidissement utilisé dans un data center et les températures ambiantes. Les data centers peuvent également aider d'autres bâtiments, y compris les maisons, à devenir plus durables en fournissant une source de chaleur alternative. Cʼest ainsi que les principaux développeurs et propriétaires de data centers cherchent à adopter les avantages de la réutilisation de la chaleur.

Le Comité sur le Changement Climatique du Royaume-Uni estime quant à lui que 18% du chauffage sur le territoire pourrait provenir des réseaux de chaleur d'ici 2050… contre seulement 2% aujourd'hui ! La France nʼest pas éloignée de ces chiffres.

Vers une réglementation incitative

En Europe, la nouvelle Directive sur l'Efficacité Énergétique exige que les propriétaires de datacenters d'une capacité minimale de 500 kW divulguent leur performance énergétique. Cette directive sera suivie par lʼintroduction de normes minimales de performance en matière de durabilité pour les data centers. L'objectif est que les data centers de l'UE soient neutres en carbone d'ici 2030. Le Code de conduite (Code of Conduct) européen pour les data centers fournit également des informations aux opérateurs sur l'amélioration de l'efficacité énergétique dans plusieurs domaines. Dont celui de la réutilisation de la chaleur perdue (Section 5.7), notant "Alors que l'utilisation des équipements informatiques augmente grâce à la consolidation et à la virtualisation, la température d'échappement est susceptible d'augmenter, ce qui offrira une plus grande opportunité de réutiliser la chaleur perdue".

Dans le prolongement de la vision européenne, lʼAllemagne a introduit en septembre 2023 une loi sur l'efficacité énergétique avec des exigences spécifiques. Par exemple, les data centers opérationnels devront atteindre un PUE de 1,5 ou moins d'ici 2027, et de 1,3 ou moins d'ici 2030. Quant à ceux qui commenceront leurs opérations après 2026, ils devront afficher un PUE de 1,2 ou moins. Les data centers devront atteindre 10% de réutilisation de la chaleur d'ici 2026 et 20% d'ici 2028 (mesure ERF - Facteur de Réutilisation d'Énergie).

En France, lʼétude M.DC sur lʼEfficience Énergétique dans les Datacenters - mandatée par lʼATEE, lʼADEME et France Datacenter - a dévoilé que 22% des sites bénéficient dʼune forme de récupération et de valorisation de la chaleur fatale, et que 81% de cette valorisation sur les sites existants et en projets se fait vers les réseaux de chaleur. Il existe dʼailleurs une fiche RES CH 108 qui rend éligible aux CEE (Certificats dʼEconomie dʼEnergie) lʼinstallation dʼéquipements permettant la fourniture de chaleur vers un réseau de chaleur ou un tiers.

Si lʼoptimisation de l'efficacité du refroidissement sera cruciale pour atteindre le niveau d'amélioration attendue pour l'efficacité des data centers, la réutilisation de la chaleur rejetée est également largement promue comme vitale pour l'avenir du secteur et participera à réduire les émissions de carbone. En Europe, le ERF est ainsi appelé à devenir une considération vitale pour la conception et l'exploitation des data centers.