Les exigences imposées aux data centers modernes augmentent rapidement, principalement sous l’effet du développement de l’intelligence artificielle (IA), du high-performance computing (HPC) et de l’augmentation constante des densités de puissance des équipements informatiques.

Parallèlement, les opérateurs doivent exploiter leurs infrastructures de manière énergétiquement efficace, durable et extrêmement fiable.

Dans ce contexte, le refroidissement à air atteint progressivement ses limites. En tant que fluide caloporteur, l’air présente des limites physiques lorsqu’il s’agit d’évacuer des charges thermiques élevées : sa capacité de transfert thermique reste limitée tandis que la consommation énergétique des ventilateurs et systèmes de climatisation augmente fortement. Malgré les optimisations possibles, la consommation énergétique reste souvent élevée, entraînant des valeurs PUE moins favorables.

C’est précisément là que le liquid cooling apporte une solution. Le refroidissement liquide offre des performances thermiques nettement supérieures, fonctionne de manière plus efficace et s’intègre plus facilement dans des stratégies énergétiques et environnementales durables.

Cette technologie évolue aujourd’hui très rapidement et s’impose progressivement comme une solution clé pour la prochaine génération de data centers.

Aperçu des sujets abordés

  • Qu’est-ce que le liquid cooling ?
  • Les avantages du liquid cooling pour les data centers
  • Comment fonctionne le liquid cooling ? Explication des composants et du circuit de refroidissement
  • Liquid cooling : exigences technologiques et points d’attention
  • Le liquid cooling et le rôle des systèmes de tuyauterie
  • Perspectives : l’avenir du liquid cooling dans les data centers
  • Conclusion : le liquid cooling comme solution de refroidissement performante et tournée vers l’avenir pour les data centers

Qu’est-ce que le liquid cooling ?

Le liquid cooling est une technologie de refroidissement destinée aux infrastructures IT dans laquelle un fluide absorbe et évacue la chaleur directement ou indirectement hors du système.

Contrairement au refroidissement à air traditionnel, la chaleur n’est pas dissipée via l’air ambiant, mais au moyen d’un liquide beaucoup plus performant.

Le principal avantage physique des liquides réside dans :

  • leur capacité thermique spécifique plus élevée,
  • ainsi que leur meilleure conductivité thermique par rapport à l’air.

Les systèmes à refroidissement liquide peuvent ainsi gérer des charges thermiques beaucoup plus importantes avec une consommation énergétique réduite et des performances de refroidissement supérieures.

Les différentes variantes du liquid cooling dans les data centers

Selon la conception, le niveau de contact avec le matériel informatique et la stratégie de refroidissement choisie, le liquid cooling peut être divisé en plusieurs variantes.

Les différences principales concernent :

  • la proximité entre le fluide et la source de chaleur,
  • l’infrastructure nécessaire,
  • la maintenance,
  • et l’intégration dans le design du data center.

Refroidissement liquide indirect

Dans le refroidissement liquide indirect, l’air reste le fluide de refroidissement direct au niveau des équipements IT. La chaleur produite est ensuite transférée vers un liquide via des échangeurs air-eau, tels que les rear door coolers ou les systèmes de refroidissement de salle.

Le liquide n’est donc pas utilisé pour refroidir directement les composants, mais pour conditionner l’environnement du data center.

Le principal avantage de cette solution réside dans sa facilité d’intégration dans des infrastructures existantes ou des projets de modernisation.

Direct liquid cooling (direct-to-chip / cold plate)

Avec le refroidissement liquide direct, la chaleur est évacuée directement par le fluide caloporteur, généralement grâce à des cold plates.

Ces plaques de refroidissement sont installées directement sur les processeurs ou GPU et contiennent de fins canaux internes dans lesquels circule le liquide de refroidissement.

Cette technologie permet une dissipation thermique extrêmement efficace sans dépendre de ventilateurs ou de flux d’air intermédiaires.

Elle est particulièrement adaptée aux :

  • infrastructures HPC (High Performance Computing),
  • clusters IA,
  • et environnements à très forte densité énergétique.

Le direct liquid cooling peut également être intégré dans des data centers d’entreprise plus classiques.

Immersion cooling

Avec l’immersion cooling, les composants IT ou des serveurs complets sont immergés dans un liquide diélectrique électriquement non conducteur.

La chaleur est alors transférée directement vers le fluide environnant.

Dans ce concept, les ventilateurs deviennent totalement inutiles et les performances thermiques atteignent un niveau maximal.

Cette technologie nécessite toutefois :

  • du matériel spécifique,
  • des procédures de maintenance adaptées,
  • et une conception hautement spécialisée.

L’immersion cooling est aujourd’hui principalement utilisée dans les environnements nécessitant une densité de puissance maximale dans un espace réduit, tels que :

  • les data centers edge modulaires,
  • les infrastructures IA,
  • et les environnements HPC extrêmes.
Type de système Transfert thermique Efficacité énergétique Intégration Applications typiques
Refroidissement liquide indirect Air vers liquide Moyenne Simple (rétrofit) Data centers existants
Direct-to-chip (cold plate) Liquid directement sur les composants Élevée Moyenne (semi-modulaire) HPC, IA, data centers enterprise modernes
Immersion cooling Immersion complete dans un liquide Très élevée Complexe (spécialisé) Clusters IA, edge data centers, hyperscalers

Fluides de refroidissement pour les data centers

Selon la technologie utilisée, différents fluides sont employés dans les systèmes de liquid cooling pour data centers. Le choix du fluide influence non seulement les performances thermiques, mais également :

  • la compatibilité des matériaux,
  • la maintenance,
  • la fiabilité opérationnelle,
  • et la durée de vie de l’installation.
Eau

L’eau reste aujourd’hui l’un des fluides de refroidissement les plus utilisés grâce à :

  • son excellente efficacité thermique,
  • son faible coût,
  • et sa disponibilité.

Comme l’eau est électriquement conductrice, elle est uniquement utilisée dans des systèmes fermés sans contact direct avec les composants électroniques, tels que :

  • les systèmes cold plate,
  • ou les solutions rear door cooling.
Mélanges eau-glycol

Les mélanges eau-glycol offrent une protection supplémentaire contre :

  • le gel,
  • la corrosion,
  • et les variations de température.

Ils sont fréquemment utilisés dans :

  • les installations extérieures,
  • les dry coolers,
  • et les applications nécessitant une sécurité de fonctionnement renforcée.
Fluides diélectriques

Les fluides diélectriques sont électriquement non conducteurs et conviennent donc parfaitement :

  • à l’immersion cooling,
  • ainsi qu’aux applications direct-to-chip spécialisées avec contact direct avec l’électronique.

Ces fluides offrent d’excellentes performances thermiques, mais restent généralement :

  • plus coûteux,
  • plus complexes techniquement,
  • et plus exigeants en maintenance que les systèmes traditionnels à base d’eau.

Les avantages du liquid cooling pour les data centers

Le passage au liquid cooling offre aux exploitants de data centers de nombreux avantages techniques et économiques. Au-delà des performances de refroidissement, les impacts sur l’infrastructure, les coûts d’exploitation et la pérennité des installations deviennent de plus en plus importants.

Une efficacité énergétique nettement supérieure

L’eau et les autres liquides peuvent absorber des quantités de chaleur bien plus importantes que l’air, avec des écarts de température plus faibles et sans consommation élevée des ventilateurs.

Cela permet de réduire fortement l’énergie nécessaire au refroidissement.

Le liquid cooling permet ainsi d’atteindre des valeurs PUE (Power Usage Effectiveness) très faibles, souvent inférieures à 1,1. À titre de comparaison, les data centers refroidis à air présentent généralement des valeurs comprises entre 1,3 et 1,6.

Une densité de puissance plus élevée par rack

Le refroidissement liquide permet d’atteindre des puissances beaucoup plus élevées par rack, parfois supérieures à 100 kW.

Cela offre plusieurs avantages :

  • une meilleure utilisation de l’espace,
  • moins de racks nécessaires,
  • des distances plus courtes pour l’alimentation électrique et les données,
  • et une meilleure évolutivité.

Cette forte densité énergétique est aujourd’hui indispensable pour les applications IA et HPC.

Moins d’espace nécessaire et réduction du bruit

Grâce à la diminution du nombre de ventilateurs et à des installations de traitement d’air plus compactes, les data centers peuvent être conçus de manière beaucoup plus dense.

Le niveau sonore diminue également fortement, améliorant à la fois les conditions techniques et opérationnelles.

Une durée de vie prolongée des équipements

Une gestion thermique plus stable améliore directement la fiabilité des composants IT.

La réduction des variations de température, des contraintes mécaniques liées aux ventilateurs et le refroidissement ciblé des points chauds prolongent la durée de vie :

  • des serveurs,
  • des switches,
  • et des systèmes de stockage.
Une intégration facilitée dans les stratégies durables

Le liquid cooling facilite également la récupération de chaleur. La chaleur extraite peut être réutilisée pour :

  • le chauffage de bâtiments,
  • les réseaux de chaleur urbains,
  • ou d’autres applications énergétiques locales.

Le refroidissement liquide soutient ainsi non seulement l’efficacité énergétique, mais aussi les stratégies globales de durabilité et de décarbonation des data centers modernes.

Comment fonctionne le liquid cooling ? Explication des composants et du circuit de refroidissement

Le liquid cooling repose sur un circuit fermé dans lequel la chaleur est absorbée, transportée et dissipée de manière contrôlée. Le principe de fonctionnement est comparable à celui des systèmes classiques de chauffage ou de refroidissement.

Les principaux composants du système sont les suivants :

Cold plates

Les cold plates sont installées directement sur les processeurs, GPU ou autres composants fortement sollicités thermiquement.

Elles assurent un transfert immédiat de la chaleur vers le fluide de refroidissement. Leur conception influence directement les performances thermiques globales du système.

Pompes

Les pompes assurent la circulation du fluide caloporteur dans le circuit.

Dans les data centers modernes, elles sont généralement :

  • redondantes,
  • pilotables,
  • et adaptées aux variations de charge thermique.

Cela permet au système de fonctionner efficacement selon les besoins réels.

Capteurs

Les capteurs de température, de débit et de pression surveillent en permanence l’état du circuit de refroidissement.

Les données collectées servent notamment :

  • au contrôle automatique,
  • à l’optimisation des performances,
  • et à la maintenance prédictive.
Échangeurs thermiques

L’échangeur thermique permet de transférer la chaleur du circuit primaire vers un système secondaire, par exemple :

  • un dry cooler,
  • un réseau d’eau glacée,
  • ou un système de récupération de chaleur.

La chaleur peut ainsi être réutilisée pour le chauffage de bâtiments ou des réseaux de chaleur urbains.

Système de tuyauterie

Le réseau de tuyauterie relie l’ensemble des composants pour former un circuit fermé.

Le choix des matériaux est ici essentiel. Les tuyauteries doivent être :

  • résistantes à la pression,
  • chimiquement compatibles avec les fluides,
  • totalement résistantes à la corrosion,
  • et adaptées à un fonctionnement continu dans des environnements critiques.

Principe de fonctionnement du circuit

Le système fonctionne selon un principe relativement simple :

  • Le fluide de refroidissement absorbe directement la chaleur à la source, via des cold plates ou de l’immersion cooling.
  • Le liquide chauffé est ensuite transporté par le réseau de tuyauterie vers un échangeur thermique.
  • Au niveau de l’échangeur, la chaleur est transférée :
  • vers l’environnement,
  • un circuit secondaire,
  • ou un système énergétique externe.
  • Le liquide refroidi retourne ensuite vers les sources de chaleur afin de recommencer le cycle dans un circuit fermé continu.

Liquid cooling : exigences technologiques et points d’attention

L’intégration du liquid cooling dans un data center va bien au-delà du simple remplacement de quelques équipements de refroidissement. Il s’agit d’une décision infrastructurelle majeure ayant un impact sur :

  • la conception,
  • l’ingénierie,
  • l’exploitation,
  • la maintenance,
  • et la fiabilité opérationnelle.

Pour garantir un fonctionnement fiable, efficace et sécurisé, plusieurs éléments essentiels doivent être pris en compte.

Infrastructure et choix des matériaux

Les systèmes de tuyauterie constituent l’un des éléments centraux du liquid cooling.

Des matériaux tels que le polypropylène (PP-R/PP-RCT) sont de plus en plus utilisés grâce à :

  • leur résistance à la pression,
  • leur résistance chimique,
  • leur absence totale de corrosion,
  • et leur longue durée de vie.

Un système de refroidissement liquide performant nécessite :

  • un circuit totalement fermé,
  • un risque minimal de fuite,
  • une haute intégrité du système,
  • et une ingénierie ainsi qu’une installation extrêmement précises.

Intégration dans les infrastructures existantes

Dans les data centers existants, l’intégration avec les installations de refroidissement déjà présentes représente un point clé.

Des connexions doivent être prévues avec :

  • les circuits d’eau glacée,
  • les dry coolers,
  • les recoolers,
  • ou les systèmes HVAC du bâtiment.

Le refroidissement liquide indirect, par exemple via des rear door heat exchangers, peut généralement être intégré relativement facilement.

Les systèmes direct-to-chip nécessitent en revanche des adaptations au niveau :

  • des serveurs,
  • des racks,
  • et de l’architecture IT globale.

Redondance et fiabilité opérationnelle

Le liquid cooling ne peut jamais constituer un point de défaillance unique dans un environnement IT critique.

Les composants essentiels tels que :

  • les pompes,
  • les vannes,
  • les capteurs,
  • et les alimentations électriques,

sont donc généralement conçus avec des architectures redondantes de type N+1 ou 2N.

Des éléments complémentaires tels que :

  • des circuits de bypass,
  • des mécanismes automatiques de basculement,
  • et des procédures d’urgence en cas de fuite ou de perte de pression

sont également intégrés afin de garantir une disponibilité maximale.

Monitoring et maintenance

Une installation de liquid cooling performante nécessite un monitoring très précis.

Outre les capteurs de température et de pression, les systèmes intègrent souvent :

  • des capteurs de débit,
  • des systèmes de détection de fuite,
  • et du condition monitoring via des plateformes IoT.

La maintenance comprend notamment :

  • le remplacement des filtres,
  • les tests fonctionnels des pompes,
  • le contrôle des joints,
  • et l’analyse du fluide de refroidissement afin de détecter tout vieillissement ou contamination.

Le liquid cooling et le rôle des systèmes de tuyauterie

Le choix du système de tuyauterie constitue un facteur clé dans la réussite des projets de liquid cooling pour data centers. Il ne s’agit pas uniquement du transport du fluide de refroidissement, mais également :

  • de la fiabilité à long terme,
  • des performances des matériaux sous charge continue,
  • de la maintenance,
  • et de l’intégration dans des infrastructures critiques.

Les avantages des systèmes de tuyauterie plastique modernes dans les circuits de refroidissement

PP-RCT renforcé de fibres de verre

Les systèmes modernes en PP-RCT utilisant une technologie multicouche renforcée de fibres de verre permettent de réduire jusqu’à 75 % la dilatation thermique linéaire par rapport aux tuyauteries plastiques classiques.

Ils offrent également :

  • une excellente résistance à la pression,
  • une haute résistance thermique,
  • et une très bonne stabilité dimensionnelle.
Absence totale de corrosion

Le matériau hydrophobe empêche :

  • la corrosion,
  • l’oxydation,
  • et les dépôts,

même après de nombreuses années d’utilisation avec des fluides contenant du glycol.

Cela permet de préserver durablement la qualité du circuit de refroidissement tout en réduisant fortement les risques de contamination.

Résistance chimique

Les systèmes PP-RCT sont compatibles avec :

  • l’eau,
  • les mélanges eau-glycol,
  • ainsi que de nombreux fluides de refroidissement spécialisés.

Ils garantissent ainsi une excellente compatibilité matérielle dans différents environnements de liquid cooling.

Technologie de soudure homogène

Grâce à la polyfusion, les raccordements deviennent totalement homogènes, sans :

  • joints,
  • colles,
  • ni raccords mécaniques.

Cette fusion moléculaire assure une connexion extrêmement fiable, durable et pratiquement sans fuite.

Faible conductivité thermique

Les tuyauteries plastiques possèdent une conductivité thermique nettement inférieure à celle des matériaux métalliques.

Cela limite les pertes thermiques indésirables dans le réseau et contribue directement à une meilleure efficacité énergétique.

Poids réduit

Les tuyauteries PP-RCT sont jusqu’à environ 70 % plus légères que des systèmes équivalents en acier.

Cela facilite fortement l’installation, notamment dans :

  • les bâtiments existants,
  • les planchers techniques,
  • les plafonds techniques,
  • et les infrastructures modulaires de data centers.
Faible maintenance en exploitation

L’absence de :

  • protection anticorrosion,
  • revêtements spécifiques,
  • ou contrôles anticorrosion réguliers

permet de réduire fortement les coûts de maintenance pendant toute la durée de vie du système.

Solutions AQUATHERM : AQUATHERM BLUE et AQUATHERM BLACK

C’est précisément dans ce contexte qu’aquatherm propose des systèmes de tuyauterie innovants en PP-RCT. aquatherm accompagne les projets depuis la phase de conception jusqu’à la mise en œuvre, notamment avec :

  • le dimensionnement,
  • les calculs hydrauliques,
  • la documentation technique,
  • les données BIM,
  • l’assistance en ingénierie,
  • et les solutions de préfabrication pour une réalisation de projet efficace.

Les systèmes de tuyauterie aquatherm sont utilisés dans le monde entier, notamment dans :

  • les data centers IA haute performance,
  • les environnements HPC,
  • et les projets de rénovation énergétique.

Pour les applications de liquid cooling dans les data centers, aquatherm propose deux solutions spécialisées :

  • aquatherm blue pour les circuits de refroidissement fermés,
  • et aquatherm black pour le refroidissement de surface dans les bureaux et espaces techniques.

Les deux systèmes sont conçus avec un fort accent sur :

  • l’efficacité énergétique,
  • la durabilité,
  • la fiabilité opérationnelle,
  • et une étanchéité maximale.

Perspectives : l’avenir du liquid cooling dans les data centers

Le choix du liquid cooling évolue aujourd’hui d’une simple optimisation technique vers un pilier stratégique des infrastructures numériques mondiales.

Les prévisions du marché indiquent que le secteur du refroidissement liquide dépassera les 22 milliards USD d’ici 2034, avec une croissance annuelle avoisinant les 19 %.

Cette évolution est portée non seulement par l’essor de l’IA et du HPC, mais également par une transformation profonde des stratégies d’investissement des :

  • hyperscalers,
  • fournisseurs cloud,
  • et infrastructures numériques critiques.

Les nouvelles densités de puissance imposent de nouveaux standards de refroidissement

Les futurs data centers devront gérer des charges thermiques toujours plus importantes, notamment avec :

  • les plateformes GPU NVIDIA,
  • les clusters AMD Instinct,
  • et les infrastructures d’entraînement IA.

Des puissances de 50 kW par rack deviennent progressivement la norme, tandis que des densités de 80 à 120 kW par rack sont déjà réalistes dans certains environnements IA.

Dans ce contexte, le refroidissement à air devient progressivement une technologie complémentaire, tandis que le liquid cooling s’impose comme solution principale.

Les grands fabricants de matériel développent également leurs propres architectures de refroidissement liquide avec des objectifs clairs :

  • une intégration plus poussée,
  • des standards ouverts,
  • et une réduction du Total Cost of Ownership (TCO).

La standardisation comme moteur de l’évolutivité

Parallèlement, de nouveaux écosystèmes se développent autour des standards ouverts.

La communauté Open Compute Project (OCP) travaille activement sur des interfaces standardisées pour :

  • les modules direct-to-chip,
  • les rear-door heat exchangers,
  • et les systèmes d’immersion cooling.

L’objectif est de :

  • réduire la fragmentation du marché,
  • améliorer l’interopérabilité,
  • et générer des économies d’échelle.

Pour les opérateurs, cela signifie que les investissements dans le liquid cooling reposeront à l’avenir sur des bases technologiques plus stables et compatibles.

Les exigences réglementaires accélèrent la transition

La pression réglementaire continuera également à augmenter dans les années à venir.

Avec la révision de la directive européenne EPBD (Energy Performance of Buildings Directive), les exigences d’efficacité énergétique des data centers deviennent plus strictes, notamment en matière de reporting énergétique et environnemental.

Le liquid cooling combiné à la récupération de chaleur est de plus en plus considéré comme une technologie clé, notamment grâce :

  • au raccordement aux réseaux de chaleur urbains,
  • ou à la réutilisation de chaleur industrielle.

Des pays comme le Danemark et les Pays-Bas intègrent déjà ces approches dans leurs audits énergétiques et obligations réglementaires.

Les architectures hybrides comme stratégie de transition

De plus en plus de data centers adoptent des architectures hybrides combinant :

  • refroidissement à air,
  • et refroidissement liquide,

selon :

  • le type de rack,
  • la charge thermique,
  • ou les phases d’extension du site.

Ces architectures transitoires permettent une migration progressive, par exemple :

  • avec des rear-door coolers dans les infrastructures existantes,
  • puis des modules direct-to-chip pour les nouveaux clusters IA.

Les data centers restent ainsi :

  • technologiquement flexibles,
  • conformes aux réglementations,
  • et économiquement évolutifs.

Un avantage stratégique pour les infrastructures de demain

Pour les opérateurs, consultants, investisseurs et concepteurs, la tendance est désormais claire :
le liquid cooling ne constitue plus uniquement une réponse aux limites techniques, mais devient un véritable facteur différenciant en matière :

  • d’efficacité énergétique,
  • de fiabilité opérationnelle,
  • de durabilité,
  • et de compétitivité.

Investir dès aujourd’hui dans des solutions de refroidissement performantes et durables permet de créer un avantage stratégique à long terme sur :

  • les coûts d’exploitation,
  • la conformité réglementaire,
  • les performances énergétiques,
  • et la capacité d’évolution future.

Le liquid cooling comme solution performante et durable pour les data centers

Au final, il ne s’agit pas uniquement de technologie de refroidissement, mais bien de choix d’infrastructure stratégiques ayant un impact à long terme.

Tous les acteurs qui conçoivent, exploitent ou modernisent des data centers doivent aujourd’hui répondre à plusieurs questions fondamentales :

  • Comment gérer des densités thermiques toujours plus élevées ?
  • Comment maîtriser l’augmentation des coûts énergétiques ?
  • Comment répondre aux exigences croissantes en matière de durabilité et de réglementation ?
  • Et comment garantir simultanément la disponibilité et l’évolutivité des infrastructures ?

Le liquid cooling apporte aujourd’hui une réponse fiable à ces défis — à condition que les systèmes soient correctement conçus et intégrés dans l’ensemble de l’infrastructure.

Le moment est venu de remettre en question les concepts traditionnels :

  • Où les systèmes de refroidissement à air atteignent-ils leurs limites ?
  • Comment repenser efficacement la gestion thermique, l’espace disponible et la consommation énergétique ?
  • Et quels choix techniques contribuent réellement à la pérennité des data centers ?

aquatherm accompagne cette transition grâce à une expertise approfondie des systèmes et à de nombreuses années d’expérience dans les applications de refroidissement critiques.

Qu’il s’agisse :

  • de nouvelles constructions,
  • de projets de rénovation,
  • d’edge data centers,
  • d’environnements enterprise,
  • ou d’infrastructures hyperscale,

aquatherm développe des systèmes de tuyauterie pour des solutions de refroidissement qui sont non seulement techniquement performantes, mais également économiquement rentables et durables sur le long terme.