Adiabatique et refroidissement liquide, clés des fermes GPU

L’adiabatique et le refroidissement liquide indispensables pour les fermes GPU: voici pourquoi et comment les déployer intelligemment. Alors que l’entraînement IA et le HPC font exploser la densité thermique des racks, ces deux approches s’imposent pour maîtriser l’énergie, la disponibilité et l’empreinte hydrique des data centers. Chez Score Group, nous orchestrons ces technologies au croisement de l’Énergie, du Digital et des New Tech afin de concevoir des architectures performantes, sûres et durables.

En bref

• Les charges GPU à haute densité rendent l’air seul insuffisant; adiabatique et liquide deviennent des leviers clés de rendement et de stabilité.

• L’adiabatique abaisse fortement la température de l’air de rejet avec peu d’énergie, mais exige une gestion rigoureuse de l’eau.

• Le refroidissement liquide (D2C, RDHx, immersion) permet d’absorber des densités > 30 kW/rack et de stabiliser les températures GPU.

• Une architecture hybride, pilotée par GTB/GTC et IA, optimise PUE, WUE et résilience.

• Score Group intègre conception, GTB, énergie renouvelable, et automatisation pour un déploiement bout-en-bout.

« Là où l’efficacité embrasse l’innovation… »

Pourquoi les fermes GPU exigent de nouvelles stratégies thermiques

Densités et profils thermiques spécifiques aux GPU

Les clusters IA/ML et HPC concentrent aujourd’hui une puissance calorifique par baie qui dépasse fréquemment le seuil des 30 kW/rack et peut nettement progresser selon les générations de GPU. Ces profils sont aussi plus variables (pics de charge, fluctuations rapides), avec des contraintes de température strictes côté composants. L’Uptime Institute souligne que ces densités accélèrent l’adoption du refroidissement liquide, mieux adapté à l’extraction de chaleur à proximité des sources thermiques et à la stabilité d’exploitation (voir l’analyse “High-density computing requires liquid cooling” de l’Uptime Institute). Source

Les indicateurs à piloter: PUE, WUE et réutilisation de chaleur

• PUE (Power Usage Effectiveness): efficacité énergétique globale du site; l’objectif est de réduire les auxiliaires (ventilation, pompes) sans compromettre la redondance. The Green Grid – Metrics

• WUE (Water Usage Effectiveness): empreinte hydrique en litres/kWh IT, essentielle dès que l’on implique de l’adiabatique.

• Energy Reuse Factor (ERF): part d’énergie réutilisée (réseaux de chaleur, process industriels). L’adiabatique et le liquide se combinent à des boucles tièdes favorables au heat reuse.

Refroidissement adiabatique (évaporatif): principes et cas d’usage

Comment ça marche et quand l’utiliser

Le refroidissement adiabatique utilise l’évaporation de l’eau pour abaisser la température de l’air, soit en direct (évaporation sur l’air d’insufflation) soit de façon indirecte via un échangeur (air/air) préservant la qualité d’air du white space. Couplé au free cooling, il réduit drastiquement le recours aux groupes froids dans les climats tempérés ou secs, et abaisse la consommation électrique des auxiliaires par rapport au tout-mécanique. Références et bonnes pratiques sont documentées par l’ASHRAE TC 9.9. ASHRAE TC 9.9

Bénéfices, limites et points de vigilance

• Bénéfices: rendement élevé en refroidissement, réduction du besoin en compresseurs, capacité à lisser les pointes thermiques.

• Limites: consommation d’eau (à piloter via WUE), dépendance au climat, besoin de traitement d’eau et de contrôle sanitaire.

• Vigilances: filtration, dérive et qualité d’air, gestion du risque légionelles via conception et maintenance adaptées, conformité locale. Le DOE et des programmes comme Better Buildings proposent des lignes directrices d’efficacité. DOE Better Buildings – Data Centers

Adiabatique dans une architecture hybride

L’adiabatique est souvent la brique d’« éjection de chaleur » en tête de site: dry coolers adiabatisés, tours hybrides ou échangeurs air/air indirects. On l’associe à:

• Confinement allée froide/chaude.

• Échangeurs arrière de baie (RDHx) pour densifier sans recourir immédiatement au liquide sur CPU/GPU.

• Boucles d’eau tiède acceptant des températures de retour plus élevées, propices à la réutilisation de chaleur. LBNL rassemble des ressources utiles sur ces thématiques. LBNL – Center of Expertise

Refroidissement liquide: du chip à l’immersion

Direct-to-Chip (D2C): capter la chaleur au plus près

Le D2C fait circuler un fluide caloporteur dans des cold plates posées sur CPU/GPU. Un CDU (Cooling Distribution Unit) assure séparation primaire/secondaire, échange thermique et contrôle des débits/pressions. Avantages:

• Densités élevées et température GPU stable.

• Compatibilité avec des températures d’eau plus hautes (boucles tièdes), facilitant la dissipation par dry coolers ou adiabatique. Meilleures pratiques: détection de fuites, raccords dry-break, matériaux compatibles, enveloppes thermiques suivant l’ASHRAE TC 9.9. ASHRAE TC 9.9

Échangeurs arrière de baie (RDHx): étape intermédiaire agile

Les RDHx remplacent la porte arrière par un échangeur air/eau, captant la chaleur à la sortie des serveurs:

• Réduction du flux d’air en salle, maintien d’infrastructures IT air-cool classiques.

• Adapté aux densités intermédiaires; peut coexister avec des racks D2C. Ce pattern permet d’augmenter la densité sans basculer l’intégralité du parc vers des serveurs liquid-ready.

Immersion monophase et biphasée: densité maximale

L’immersion plonge les serveurs dans un fluide diélectrique:

• Monophase: circulation et échange via boucles d’eau; maintenance facilitée mais logistique fluide à maîtriser.

• Biphasée: très fortes capacités d’extraction thermique via changement d’état; exige un design serveur/baie spécifique et une gestion rigoureuse des fluides. Les recommandations de l’Open Compute Project (OCP) – Advanced Cooling Solutions détaillent topologies, sécurité et intégration. OCP – Advanced Cooling Solutions

Standards et écosystème

• ASHRAE TC 9.9: enveloppes environnementales et guidelines de conception. ASHRAE TC 9.9

• Uptime Institute: retours d’expérience sur la montée des densités et la résilience. Uptime Institute – Analysis

• EU Code of Conduct: cadre volontaire européen pour l’efficacité énergétique des data centers. JRC – Code of Conduct

Adiabatique vs liquide: comment arbitrer

Tableau d’aide au choix (densité, climat, exploitation)

Critère	Adiabatique (évaporatif)	Liquide (D2C / RDHx / immersion)
Densité par rack	Efficace jusqu’à des densités modérées; au-delà, support via RDHx	Conçu pour > 30 kW/rack et au-delà selon la technologie
Climat	Idéal en climats tempérés/secs; performance variable en air chaud et humide	Moins sensible au climat; exige une boucle d’eau fiable
Consommation d’eau (WUE)	Présente; à évaluer selon site et mode (direct/indirect)	Faible côté IT; besoin en eau surtout au niveau du rejet thermique
Énergie auxiliaire	Très faible vs chillers; free cooling maximal	Pompes/échanges optimisés; bénéfices nets si boucles tièdes
Complexité	Conception simple à modérée (traitement d’eau)	Plus complexe (CDU, capteurs, sécurité fluides)
Maintenance & risques	Gestion sanitaire/eau, corrosion	Gestion fuites, compatibilités matériaux/quick disconnects
Scalabilité	Bonne pour l’infrastructure de site	Excellente au niveau rack/baie pour densités croissantes
Réutilisation de chaleur	Possible via boucles tièdes côté rejet	Très favorable (températures de retour plus élevées)

Architecture cible pour une ferme GPU efficace et durable

Une topologie hybride éprouvée

• Confinement des flux d’air en salle IT.

• Racks mixtes: RDHx pour densités intermédiaires, D2C sur nœuds GPU les plus chauds; immersion pour baies ultra-denses si besoin.

• Rejet thermique par dry coolers adiabatisés (économiseur), limitant l’usage des compresseurs.

• Boucles tièdes favorisant la récupération de chaleur vers des usages locaux. Les lignes directrices de l’ASHRAE et les ressources LBNL aident à cadrer enveloppes et tests. LBNL – Center of Expertise

Pilotage intelligent, GTB/GTC et automatisation

Notre division Noor Energy intègre la gestion technique du bâtiment (GTB/GTC), la mesure et l’optimisation des consommations pour piloter pompes, ventilateurs et vannes en continu. Côté numérique, Noor ITS conçoit l’architecture Data Center, la supervision et la résilience de l’infrastructure. L’IA, portée par Noor Technology, peut optimiser l’orchestration thermique (prévision de charge, consigne dynamique, détection d’anomalies). Voir: Gestion du Bâtiment, Datacenters, Intelligence Artificielle.

Énergie, renouvelables et réutilisation de chaleur

Pour maximiser la performance environnementale, Score Group couple efficacité thermique et stratégie énergétique:

• Intégration de production locale (solaire, stockage) et effacement/DR.

• Réutilisation de chaleur via boucles tièdes ou réseaux prédéfinis (cadres OCP Heat Reuse).

• Reporting PUE/WUE/ERF aligné sur le Code of Conduct européen. Découvrez notre approche énergie: Énergie renouvelable. Références: OCP – Advanced Cooling Solutions, JRC – Code of Conduct.

Méthodologie Score Group pour concevoir et déployer

Audit, simulation et ingénierie

Chez Score Group, nous engageons une phase d’Étude et Ingénierie structurée:

1. Baseline PUE/WUE et contraintes locales (eau, bruit, permis).

2. CFD thermiques et hydrauliques (scénarios densité/racks, transitoires GPU).

3. Choix techno (adiabatique, D2C, RDHx, immersion) et architecture de rejet.

4. Analyse de risques (fuites, qualité d’eau, continuité d’activité) et plans de test FAT/SAT. Nous nous appuyons sur les bonnes pratiques ASHRAE et LBNL pour dimensionner et valider.

Intégration, mise en service et exploitation

• Intégration GTB/GTC, instrumentation (débits, ΔT, conductivité, fuites).

• Rédaction des procédures MOP/SOP/EOP, formation des équipes.

• Stratégies de monitoring continu (drift, encrassement, alarmes) et optimisation pilotée par données. L’Uptime Institute recommande de tester en charge et de documenter les modes dégradés pour sécuriser l’exploitation. Uptime Institute – Analysis

Gouvernance, conformité et durabilité

Eau: mesurer et maîtriser

La mesure du WUE (litres/kWh IT) est la base. Actions clés:

• Choisir les modes adiabatiques (direct/indirect) adaptés au climat local.

• Optimiser consignes et programmation (économiseur prioritaire, seuils humidité).

• Traitement d’eau, filtration, purge maîtrisée; contrôle sanitaire documenté. Le cadre du Code of Conduct européen et les métriques The Green Grid aident à piloter de façon responsable. The Green Grid – Metrics • JRC – Code of Conduct

Sécurité, résilience et standardisation

• Liquide: double enveloppe, capteurs de fuites, vannes rapides, matériaux compatibles, CDU redondés.

• Adiabatique: redondance hydraulique, dérive contrôlée, by-pass sec, plans d’urgence eau.

• Documentation et tests réguliers des scénarios d’incident. L’ASHRAE TC 9.9 et le DOE Better Buildings proposent des référentiels utiles pour cadrer ces sujets. ASHRAE TC 9.9 • DOE – Data Centers

Comment Score Group fédère Énergie, Digital et New Tech

• Énergie (Noor Energy): GTB/GTC, gestion énergétique, intégration renouvelables, optimisation WUE/PUE.

• Digital (Noor ITS): design et optimisation de datacenters, réseaux, résilience et supervision.

• New Tech (Noor Technology): IA pour la régulation prédictive, IoT/capteurs, développement d’apps de pilotage. Score Group agit comme intégrateur global, de l’architecture à l’exploitation, au service de la performance et de la durabilité. En savoir plus sur Score Group.

FAQ

L’adiabatique convient-il aux data centers IA situés en climat humide ?

Oui, mais il faut privilégier des solutions indirectes (échangeur air/air) afin d’éviter l’introduction d’humidité dans le white space. En climat chaud et humide, le potentiel adiabatique est moindre; il faut donc dimensionner l’échange thermique et prévoir des modes mécaniques d’appoint pour les jours critiques. Le pilotage par GTB/GTC, la mesure fine des conditions extérieures et l’optimisation des consignes permettent d’exploiter au maximum les heures économisables, tout en respectant les enveloppes ASHRAE pour l’IT. Des ressources utiles existent chez l’ASHRAE et le DOE.

À partir de quelle densité le refroidissement liquide devient-il pertinent pour des racks GPU ?

Un jalon souvent cité par la filière est le dépassement des 30 kW par rack, seuil à partir duquel l’air devient complexe à stabiliser sans artefacts (vitesses d’air élevées, bruit, pertes). Selon la conception serveur et les objectifs d’efficacité, le direct-to-chip ou des portes arrière de baie peuvent être déployés plus tôt pour gagner en stabilité thermique. Les recommandations de l’ASHRAE TC 9.9 et les analyses de l’Uptime Institute détaillent ces transitions et les précautions de conception.

Le refroidissement par immersion est-il prêt pour la production à grande échelle ?

Il est mature pour certains cas d’usage (HPC, crypto, densités extrêmes), avec un écosystème de bacs, fluides diélectriques et serveurs adaptés. Toutefois, il implique des choix de supply chain (compatibilité composants, maintenance, gestion des fluides) et des impacts sur les opérations. Beaucoup d’opérateurs optent pour des architectures hybrides (D2C + immersion ciblée) pour concilier performance et flexibilité. Les guides de l’OCP et de l’ASHRAE fournissent des repères techniques et opérationnels.

Comment réduire la consommation d’eau d’une installation adiabatique pour l’IA ?

• Prioriser l’indirect adiabatique et le free cooling lorsque le climat s’y prête.

• Ajuster les consignes humidité/température et la logique d’économiseur pour limiter l’appoint en eau.

• Mettre en place un traitement d’eau efficace et une stratégie de purge optimisée.

• Suivre le WUE en continu, avec alertes et rapports; corréler aux conditions météo et à la charge IT.

• Étudier des sources d’eau alternatives (récupération, boucle fermée) et la réutilisation de chaleur. Le Code of Conduct européen et The Green Grid proposent des cadres méthodologiques.

Quelles sont les bonnes pratiques de sécurité pour le refroidissement liquide en salle IT ?

Il faut concevoir une double barrière (CDU + secondaire), utiliser des raccords rapides anti-goutte, prévoir des bacs de rétention, capteurs de fuites et vannes motorisées. Les matériaux doivent être compatibles (corrosion, additifs) et les pressions contrôlées. Les procédures MOP/SOP/EOP doivent être rédigées, testées et maintenues. Enfin, une architecture de contrôle redondée (alimentation, réseau, automates) renforce la résilience. Les recommandations de l’ASHRAE, de l’OCP et les analyses Uptime servent de base.

À retenir

• Les charges GPU imposent d’aller au-delà de l’air seul: adiabatique et liquid cooling sont devenus structurants.

• L’adiabatique réduit fortement l’énergie de refroidissement; le liquide absorbe les densités élevées avec stabilité.

• Une architecture hybride, pilotée par GTB et IA, optimise PUE, WUE et disponibilité.

• La conformité (ASHRAE, EU Code of Conduct) et la mesure continue sécurisent l’exploitation.

• Score Group fédère Énergie, Digital et New Tech pour des fermes GPU performantes et durables.

• Prêt à évaluer votre architecture thermique IA/HPC ? Échangez avec nos experts via la page Contact.