Refroidissement par Immersion pour Datacenter

Comment fonctionne le refroidissement par immersion ?

Le refroidissement par immersion consiste à plonger intégralement un serveur dans un liquide diélectrique. Ce type de liquide ne conduit pas l'électricité ; les composants électroniques peuvent donc y être immergés en toute sécurité, sans aucun risque de court-circuit ni d'oxydation.

De cette manière, toute la chaleur résiduelle générée par les composants est capturée par le liquide diélectrique à l'intérieur du réservoir, qui est capable d'absorber environ 1 500 fois plus de chaleur que l'air, pour le même volume. La chaleur est ensuite acheminée vers un échangeur de chaleur où elle est refroidie par un échangeur de chaleur secondaire air-liquide ou liquide-liquide, avant d'être dissipée ou réutilisée.

Pourquoi choisir le refroidissement liquide en datacenter ?

Un datacenter est une installation hébergeant des milliers de serveurs, ordinateurs et équipements réseau, qui génèrent tous d'importantes quantités de chaleur, communément appelée "chaleur fatale" ou "chaleur résiduelle". Cette chaleur est un sous-produit de l'effet Joule : la quasi-totalité de l'énergie électrique consommée par les composants informatiques est finalement dissipée sous forme de chaleur.

Il est aujourd'hui bien établi que la chaleur excessive dégrade à la fois les performances et la durée de vie des équipements informatiques. Pour y remédier, les datacenters doivent être refroidis en permanence afin de maintenir des températures de fonctionnement stables. Traditionnellement, cela est assuré par des systèmes énergivores tels que les ventilateurs et les climatiseurs, dont le coût environnemental est considérable sur le long terme.

Aujourd'hui, les enjeux environnementaux sont au cœur de tous les débats dans tous les secteurs d'activité. Les méthodes de refroidissement conventionnelles ne sont plus à la hauteur des enjeux actuels. Que peut-on faire ? Éteindre les serveurs n'est tout simplement pas envisageable.

L'IA bouleverse les besoins énergétiques des datacenters : chiffres clés

Le marché mondial des datacenters était valorisé à environ 348 milliards de dollars en 2024 et devrait dépasser 1 000 milliards de dollars d'ici 2034, avec un taux de croissance annuel composé de 11,2% (GlobeNewswire / McKinsey). La capacité mondiale devrait doubler, passant de 103 GW en 2025 à 200 GW d'ici 2030, portée par la croissance explosive de l'IA et du cloud computing (JLL, 2026), entraînant avec elle un supercycle d'investissement infrastructurel sans précédent, estimé à jusqu'à 3 000 milliards de dollars d'ici 2030.

Cette expansion rapide a un coût environnemental considérable. La demande mondiale d'électricité des datacenters a bondi de 17% en 2025, les infrastructures dédiées à l'IA progressant encore plus vite, à +50% (AIE, 2025). La consommation devrait presque doubler, passant de 485 TWh en 2025 à 950 TWh d'ici 2030, représentant environ 3% de la demande électrique mondiale (AIE, Rapport Énergie et IA, 2025). L'empreinte carbone des seuls systèmes d'IA pourrait atteindre entre 32,6 et 79,7 millions de tonnes de CO₂ en 2025, tandis que la consommation d'eau pourrait s'élever jusqu'à 764 milliards de litres (ScienceDirect, 2025).

Ces chiffres ne laissent place à aucun doute : les méthodes de refroidissement conventionnelles ne sont plus à la hauteur des enjeux. Réduire l'empreinte énergétique et environnementale des datacenters n'est plus une option, c'est une nécessité stratégique et opérationnelle.

2CRSi a pris la mesure de cette urgence et œuvre chaque jour au développement de nouvelles méthodes de refroidissement des équipements informatiques, quels que soient les environnements, telles que refroidissement direct par liquide ou le refroidissement par immersion.

Refroidissement par immersion monophasé

Avec le refroidissement par immersion monophasé , les serveurs sont totalement immergés verticalement dans un bain de refroidissement rempli d'un liquide diélectrique à base d'hydrocarbures. La chaleur produite est alors transférée au liquide de refroidissement par contact direct avec les composants. Il est ensuite envoyé dans une tour de refroidissement à travers une unité de distribution de refroidissement (CDU) pour être refroidi et renvoyé dans le réservoir.

Le refroidissement par immersion monophasique est simple, économique, facile à gérer et nécessite une maintenance minimale.

Voici un résumé des avantages du refroidissement liquide monophasé par rapport au refroidissement par air :

Fonctionnement silencieux
CAPEX et OPEX plus bas (par kW)
Meilleur TCO (par kW)
Environ 10x plus de capacité de rejet de la chaleur
Moins d'espace requis
Plus d'efficacité énergétique et de durabilité

Refroidissement par immersion à deux phases

Avec le refroidissement par immersion biphasé , les serveurs sont placés dans un réservoir rempli d'un liquide à base de fluorocarbone. Ce liquide a un point d'ébullition bas et la chaleur générée par les composants le fait bouillir assez facilement. Le liquide en ébullition est le cœur du système diphasique, car la chaleur transforme le liquide en gaz, provoquant un changement de phase.

La vapeur passe par un serpentin de condensation refroidi à l'eau, placé dans la partie supérieure des racks étanches. À l'intérieur, la vapeur est retransformée en liquide qui s'écoule à nouveau dans le réservoir pour être recyclé dans le système.

Le système diphasique présente deux inconvénients : le liquide à base de fluorocarbone est cher et doit être manipulé avec précaution.

Voici un résumé de la solution de refroidissement liquide diphasique :

Fonctionnement silencieux
Mise en place plus rapide que le refroidissement par air
Moins d'espace requis
CAPEX et OPEX plus faibles (par kW)
Meilleur TCO (par kW)
Meilleure efficacité de toutes les formes de refroidissement
Capacité de rejet de la chaleur environ 2x supérieure (par rapport au monophasé)
La chaleur fatale peut être réutilisée

Serveurs GPU & IA refroidis par immersion

Le refroidissement par immersion ne se limite pas aux serveurs de calcul généraliste, il est aujourd'hui la solution de choix pour les infrastructures GPU les plus denses et les plus exigeantes. Chez 2CRSi, nous concevons et assemblons des serveurs GPU haute performance spécifiquement conçus pour l'immersion, qu'elle soit monophasique ou biphasique.

Nos serveurs GPU refroidis par immersion tirent pleinement parti des avantages de cette technologie : dissipation thermique optimale, réduction de la consommation énergétique et PUE proche de 1. De l'entraînement IA à l'inférence à grande échelle, nos serveurs GPU refroidis par immersion sont l'infrastructure idéale pour les datacenters haute densité et écoénergétiques.

Nos serveurs en immersion

Quelle est l'efficacité du refroidissement par immersion liquide ?

Comparé au refroidissement par air traditionnel, le refroidissement par immersion liquide réduit considérablement le coût total de possession (TCO), c'est-à-dire le coût combiné d'acquisition et d'exploitation sur toute la durée de vie du système.

Améliore la durée de vie du matériel informatique de 20 %, réduisant ainsi les coûts de remplacement,
30% d'économie sur le TCO,
39% de réduction des émissions de carbone,
91% de réduction de la consommation d'eau,
Réduction de la pollution sonore.

Grâce au fluide diélectrique, le refroidissement par immersion garantit une distribution de température bien plus homogène sur l'ensemble des composants par rapport aux autres méthodes de refroidissement. Les composants ne sont ainsi plus soumis aux contraintes thermiques provoquées par des variations brusques de température.

Travailler dans un datacenter traditionnel peut être difficile physiquement. Le bruit ambiant peut atteindre jusqu'à 90 décibels, entraînant des conditions de travail difficiles, voire dangereuses. Avec un système de refroidissement par immersion, les ventilateurs sont supprimés, éliminant ainsi toute nuisance sonore.

L'utilisation du refroidissement par immersion dans un data center entraîne également une réduction des émissions de carbone jusqu'à 39 % et de la consommation d'eau jusqu'à 91 %, selon nos propres recherches.

"Power Usage Effectiveness" (PUE) avec le refroidissement par immersion

L'un des indicateurs les plus scrutés par les opérateurs de datacenters est le PUE qui calcule le ratio entre la consommation énergétique totale de l'installation et l'énergie réellement utilisée par les équipements informatiques.

Un PUE idéal est de 1,0, signifiant que 100 % de l'énergie est directement consacrée au calcul. La moyenne mondiale des datacenters refroidis par air tourne autour de 1,5 à 1,6, ce qui signifie que jusqu'à 60 % de l'énergie est gaspillée en refroidissement et en infrastructure. Le refroidissement par immersion permet d'atteindre des scores PUE aussi bas que 1,02 à 1,05, ce qui en fait l'une des technologies de refroidissement les plus efficaces disponibles aujourd'hui.

Le refroidissement par immersion : pour quelles applications ?

L'une des grandes forces du refroidissement par immersion réside dans la diversité des secteurs qu'il est capable de desservir. Tout secteur exigeant un calcul haute performance et une faible latence peut bénéficier d'une infrastructure refroidie par immersion.

IA et entraînement de LLM : l'entraînement de grands modèles de langage et de systèmes d'IA de pointe nécessite une densité de calcul extrême et soutenue sur de longues périodes.
Cloud computing et datacenters hyperscale : les infrastructures cloud haute densité exigent un maximum de puissance de calcul par rack.
Cloud gaming : le rendu en temps réel et les exigences de latence ultra-faible rendent la gestion thermique critique.
Santé et imagerie médicale : les diagnostics assistés par IA, les pipelines génomiques et l'analyse d'imagerie médicale génèrent des pics de calcul intenses qui bénéficient d'un refroidissement stable et efficace.
IoT et edge computing : Des systèmes de refroidissement par immersion compacts et écoénergétiques peuvent être déployés dans des environnements non traditionnels, rapprochant le calcul haute densité de la source de données.
Vidéosurveillance et sécurité : l'analyse vidéo à grande échelle pilotée par l'IA nécessite un traitement continu et fiable.

Refroidissement par air vs Refroidissement par immersion

Comparaison de la consommation d'eau de deux centres de données

Un système de mesure appelé WUE (Water Use Efficiency) a été créé pour mesurer la consommation d'eau et d'énergie dans les centres de données. Cette mesure est calculée en divisant la source d'énergie annuelle du centre de données et les utilisations d'eau du site (en litres) par la consommation totale d'énergie informatique.

		Data Center A Refroidissement par air	Data Center B Refroidissement par immersion
Électricité	Consommation électrique totale du matériel informatique	4.2 MW	3.36 MW
	Puissance totale de l'installation	5.7 MW	3.5 MW
Eau	Consommation quotidienne d'eau du site	507 300 L	43 750 L
	Source d'énergie eau par an	94.07 million L	57 million L
	Consommation d'eau du site par an	185.16 million L	15.97 million L
WUE	Site WUE	7.59 L/kWh	2.48 L/kWh

Comparaison de l'empreinte carbone de deux centres de données

Les émissions de carbone proviennent principalement de l'extraction des matières premières et de leur transformation en composants électroniques, ainsi que de la production d'électricité. L'empreinte carbone de chaque pays est différente.

En France, 1kWh d'électricité équivaut à 0,014 kg de CO2. Grâce aux centrales nucléaires, l'empreinte carbone de la France est inférieure à celle des États-Unis, qui atteint 0,454 kg de CO2 pour 1 kWh d'électricité.

Le CUE (Carbon Usage Effectiveness) est une métrique qui calcule et détermine la quantité de gaz carbonique émise quotidiennement par un centre de données. Elle a été développée par le Green Grid et adoptée dans le monde entier. Elle est calculée en divisant le total des équivalents d'émissions de CO2 de la consommation d'énergie de l'installation par la consommation totale d'énergie informatique.

		Data Center A Refroidissement par air	Data Center B Refroidissement par immersion
Électricité	Capacité	12 000 serveurs	12 000 serveurs
	Consommation électrique moyenne (par serveur)	350 W	280 W*
	Consommation électrique totale du matériel informatique	4.2 MW	3.36 MW
	Frais généraux de refroidissement	30%	2%
	Frais généraux de l'électricité	6%	1%
	PUE effectif (Power Usage Effectiveness)	1.36	1.03
	Puissance totale de l'installation	5.7 MW	3.5 MW
	Consommation d'énergie par an	50 million kWh	30.3 million kWh
CO2	États-Unis : Émissions de carbone par an	22.7 million kgCO2	13.8 million kgCO2
	France : Émissions de carbone par an	5.2 million kgCO2	3.2 million kgCO2
CUE	USA : CUE effectif	0.62 kg CO2/kWh	0.47 kg CO2/kWh
	France : CUE effectif	0.14 kg CO2/kWh	0.12 kg CO2/kWh

*réduction due à la suppression des ventilateurs

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