Qu’il vous plaise ou non, les centres de données font désormais partie intégrante de notre vie moderne, soutenant non seulement l’essor de l’IA mais aussi les soins de santé, la banque, les services gouvernementaux et d’autres secteurs essentiels. Le fonctionnement fiable des centres de données dépend d’un refroidissement efficace, qui est déjà un défi majeur, car de nombreuses méthodes nécessitent d’importants apports en eau ou en énergie. Pour aggraver les choses, de nouvelles recherches suggèrent que l’une de nos stratégies de refroidissement les moins coûteuses et les plus efficaces pourrait cesser de fonctionner dans un monde plus chaud.
Les résultats, publiés lundi dans le journal Scientific Reports, montrent que l’augmentation des températures et des niveaux d’humidité menace la viabilité du refroidissement direct par air libre, une technique économe en énergie et sans eau qui aspire l’air extérieur afin de refroidir les serveurs des centres de données. Au cours des 45 dernières années, les conditions météorologiques qui limitent le refroidissement direct par air libre sont devenues nettement plus fréquentes, en particulier dans les zones tropicales et le sud-est des États-Unis, selon l’étude. À mesure que la température mondiale continue d’augmenter, ce problème va empirer.
« Nous avons constaté que les périodes durant lesquelles la température et l’humidité dépassent les seuils opérationnels recommandés pour le refroidissement direct par air libre deviennent plus fréquentes et se prolongent sur de plus longues durées dans de nombreuses régions », a déclaré l’auteure principale Christina Karamperidou, professeure de sciences atmosphériques à l’Université d’Hawaï à Mānoa, dans un communiqué. « Cela réduira la disponibilité du refroidissement par air libre pour un nombre croissant de centres de données à l’échelle mondiale. »
Contraintes de refroidissement induites par le climat
Pour le refroidissement direct par air libre, l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers recommande de maintenir l’air entrant dans un centre de données entre 64 et 81 °F (18 et 27 °C), avec un taux d’humidité relative compris entre 10 % et 70 % et un point de rosée inférieur à 59 °F (15 °C). Un air plus chaud et plus humide que cela n’aidera pas à refroidir efficacement les serveurs et pourrait corroder les composants métalliques.
Pour étudier comment cette méthode de refroidissement fonctionnera dans un monde plus chaud et plus humide, Karamperidou et ses collègues ont utilisé une combinaison d’observations météorologiques horaires à haute résolution, de simulations de modèles climatiques et de données mondiales sur l’emplacement des centres de données. Grâce à ces données, ils ont évalué la fréquence à laquelle les conditions environnementales dépassaient les limites opérationnelles recommandées pour le refroidissement direct par air libre au cours des 45 dernières années et dans les scénarios climatiques futurs.
Les chercheurs ont constaté que la prévalence des conditions météorologiques qui limitent le refroidissement direct par air libre a fortement augmenté ces dernières décennies. Même des régions qui n’ont connu que des augmentations modestes de chaleur et d’humidité à long terme connaissent des épisodes de dépassement quotidiens plus longs, et la part des centres de données exposés à des conditions qui restreignent la disponibilité du refroidissement direct par air libre pendant au moins un trimestre par an est en hausse.
Fait intéressant, les résultats suggèrent que les journées les plus chaudes et les plus humides s’intensifient plus rapidement que les journées les plus chaudes en moyenne, ce qui indique que le stress environnemental sur les systèmes de refroidissement direct par air libre devient de plus en plus concentré lors d’événements rares et fortement conséquents.
« D’un point de vue opérationnel, ces conditions extrêmes imposent souvent des plans de contingence, des dépassements de systèmes, des exigences de redondance et des décisions liées à la fiabilité », a déclaré Karamperidou. « Cela suggère que la planification des infrastructures doit peut-être prendre en compte non seulement les conditions environnementales moyennes, mais aussi l’évolution des journées les plus stressantes au fil du temps. »
D’ici 2050, le nombre d’heures dépassant les seuils de température et d’humidité pour le refroidissement direct par air libre devrait augmenter dans les scénarios de fortes émissions de gaz à effet de serre, selon les chercheurs. Dans la plupart des régions du monde, le nombre moyen d’heures par jour pendant lesquelles cette stratégie de refroidissement est restreinte augmente de plus de deux heures par jour, selon les résultats.
Une boucle de rétroaction inquiétante
Bien que cette étude se concentre sur la manière dont le climat peut influencer les centres de données, il est important de se rappeler que les centres de données peuvent aussi influencer le climat local. Ces installations dissipent beaucoup de chaleur et des recherches ont montré qu’elles peuvent en réalité créer des îlots de chaleur dans un rayon d’environ 9,6 kilomètres autour d’elles.
Karamperidou et ses collègues n’ont pas pris en compte cet effet, leurs contraintes de refroidissement direct par air libre identifiées pouvant être conservatrices, écrivent-ils dans leur rapport. Néanmoins, ils soulignent que leurs conclusions ne signifient pas nécessairement que cette stratégie de refroidissement soit irréalisable dans les régions chaudes et humides. Bien au contraire, l’étude montre que la fenêtre de faisabilité du refroidissement direct par air libre se rétrécit en raison du changement climatique.
« Des stratégies alternatives — refroidissement évaporatif indirect, refroidissement par liquide et architectures hybrides — peuvent partiellement compenser ces contraintes, bien que cela implique des compromis distincts en matière d’utilisation d’eau, de complexité du système et de conception opérationnelle », écrivent les chercheurs.
En effet, alors que l’une des stratégies de refroidissement les plus simples, les moins coûteuses et les plus efficaces devient de plus en plus peu fiable, les opérateurs de centres de données pourraient être contraints de se tourner vers des méthodes plus gourmandes en énergie et en eau. Cela pourrait, à son tour, accroître la pression sur les réseaux électriques et les ressources en eau déjà mises à rude épreuve par le réchauffement climatique. Adapter les centres de données à un monde qui se réchauffe sans aggraver les effets des températures mondiales en hausse nécessitera des solutions innovantes.
