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Électricité, eau et chaleur : les ressources du site dictent le fluide frigorigène d’un centre de données

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Électricité, eau et chaleur : les ressources du site dictent le fluide frigorigène d’un centre de données
Pour un ingénieur qui étudie le cahier des charges d’un centre de données en 2026, la première contrainte est rarement la charge thermique. Il s’agit plutôt de savoir si le site dispose de l’électricité, de l’eau et d’un débouché pour la chaleur rejetée qui lui permettent tout simplement d’exploiter un système de refroidissement donné. La technologie de refroidissement, et avec elle le fluide frigorigène, découle de ce que le site peut fournir. Cette évolution ne date pas de 2026. La société de conception et de sélection de sites Build.inc situe le tournant autour de 2023, lorsque les baies de GPU ont franchi le seuil au-delà duquel le refroidissement ne pouvait plus, selon ses propres termes, être intégré après coup. Cette hypothèse « a volé en éclats autour de 2023 et n’est jamais revenue » (Build.inc, 2026).

La conséquence moins étudiée est ce qui se passe ensuite. Dès lors que la ressource limitante détermine l’architecture de refroidissement, elle restreint également le choix du fluide frigorigène. Un site qui ne peut rejeter la chaleur que dans l’air sous un climat chaud, un site dont la valeur dépend de la vente de cette chaleur à un réseau urbain et un site où l’eau est rationnée orientent chacun vers des machines différentes, et de plus en plus vers des fluides frigorigènes naturels tels que l’ammoniac (R717), le propane (R290) et le CO2 (R744). La plupart des analyses actuelles suivent la contrainte sur les ressources jusqu’à la méthode de refroidissement, puis s’arrêtent là, avant d’aborder le fluide frigorigène.

La demande qui a imposé la question

La capacité mondiale des centres de données est actuellement estimée à environ 103 GW et devrait approcher 200 GW d’ici 2030 (chiffres de JLL, cités dans le rapport Clean Cooling for Data Centers 2025 d’ATMOsphere). Aux États-Unis, la charge est suffisamment importante pour être perceptible à l’échelle nationale : les centres de données ont consommé environ 4,4 % de l’électricité du pays en 2023 et devraient en représenter entre 6,7 et 12 % d’ici 2028 (US DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory, 2024 United States Data Center Energy Usage Report).

La pression exercée sur le refroidissement résulte de la densité. La puissance des baies, qui se situait entre 15 et 30 kW, atteint désormais 100 kW et plus, et l’air ne permet plus d’évacuer cette charge de manière économiquement viable. Sur le plan physique, le liquide constitue la réponse évidente : l’eau peut emmagasiner près de 3 500 fois plus de chaleur par unité de volume que l’air et la transférer environ 23,5 fois plus rapidement, raison pour laquelle le refroidissement liquide direct peut réduire d’un cinquième ou davantage l’énergie consacrée au refroidissement (Ecolab, 2025). Mais le passage au liquide ne résout pas à lui seul le problème de l’implantation. Il modifie la ressource qui devient limitante en premier.

Les semi-conducteurs de calcul et l’électricité ne sont pas des goulets d’étranglement successifs dont l’un aurait été résolu. Ils constituent deux pénuries parallèles. Les composants Blackwell de NVIDIA seraient épuisés jusqu’au second semestre 2026, tandis que les capacités de packaging avancé et de mémoire à haute bande passante sur lesquelles ils reposent sont réservées jusqu’à une période avancée de 2027. Dans le même temps, les infrastructures prennent du retard : Bloomberg indiquait en mai 2026, en s’appuyant sur Sightline Climate, qu’entre un tiers et la moitié des centres de données américains prévus pour 2026 étaient retardés ou annulés, seuls environ 4 GW sur les 12 GW annoncés étant en construction. De plus en plus, ce sont l’électricité, les transformateurs et les appareillages de commutation, plutôt que la commande de puces, qui déterminent la date à laquelle une installation peut ouvrir.

Première ressource : l’électricité

Le signe le plus manifeste de la primauté actuelle de l’électricité est le délai de raccordement. Le rapport Queued Up: 2025 Edition du Lawrence Berkeley National Laboratory indique qu’un projet de production type ayant atteint l’exploitation commerciale en 2024 avait passé environ cinq ans dans la file d’attente de raccordement, le délai médian ayant doublé en deux décennies. La file d’attente active représentait environ 2 290 GW à la fin de 2024 (LBNL, 2025). Ce chiffre mesure les capacités de production qui cherchent à se raccorder au réseau, et non les centres de données qui demandent une alimentation électrique, et les deux ne doivent pas être confondus. Pour les charges situées dans les pôles les plus denses, en Virginie du Nord, à Phoenix et à Dallas, les délais de raccordement annoncés vont de quatre à sept ans (Sightline Climate via Bloomberg), la limite supérieure étant attribuée au fournisseur d’électricité Dominion Energy en Virginie du Nord et reprise par l’IEA.

L’ampleur de la nouvelle demande explique cette file d’attente. Grid Strategies estime à 166 GW la croissance de la demande de pointe aux États-Unis sur cinq ans jusqu’en 2030, dont environ 90 GW, soit près de 55 %, sont liés aux centres de données. Le DOE avance pour sa part un chiffre proche de 100 GW, dont environ la moitié serait attribuable aux centres de données (Grid Strategies, National Load Growth Report 2025 ; US DOE, 2025). Les deux organismes préviennent que les demandes de raccordement adressées aux fournisseurs d’électricité surestiment la demande réelle en raison de doubles comptages.

Les exploitants n’attendent pas. Une part croissante d’entre eux construit des moyens de production en aval du compteur, principalement au gaz : une analyse recense 46 centres de données représentant au total environ 56 GW de capacité planifiée en aval du compteur, soit près de 30 % du portefeuille de projets aux États-Unis, environ 90 % de ces projets ayant été annoncés au cours de la seule année 2025 (Cleanview, données rapportées par Distilled Earth). Goldman Sachs Research prévoit que les systèmes en aval du compteur couvriront entre un quart et un tiers de la demande supplémentaire des centres de données jusqu’en 2030 (Goldman Sachs, 2026). Pour le refroidissement, la production sur site compte à double titre : elle détermine la puissance disponible et produit sa propre chaleur fatale en plus de celle générée par la charge informatique.

Deuxième ressource : l’eau

L’eau est passée du statut de détail d’exploitation à celui de facteur déterminant pour l’implantation. La consommation directe d’eau de refroidissement des centres de données américains a atteint environ 66 milliards de litres, soit près de 17,4 milliards de gallons, en 2023, et devrait fortement augmenter d’ici 2028 (LBNL, 2024, comme source principale ; chiffres repris par AWWA, 2025, et Environmental Law Institute, 2026). Le rapport Cooling the Cloud d’AWWA prévoit que la consommation directe annuelle atteindra entre 38 et 73 milliards de gallons d’ici 2028.

Le compromis constitue l’élément que les ingénieurs ne peuvent éliminer par la conception. Réduire la consommation d’eau grâce au refroidissement à air ou en boucle fermée augmente la consommation d’électricité, et la production de cette électricité consomme elle-même de l’eau en amont. Landon Marston, de Virginia Tech, estime que 75 à 90 % de l’empreinte hydrique totale d’un centre de données ne se situe pas sur le site, mais dans la production d’électricité. Une installation ne peut pas optimiser l’eau et l’électricité indépendamment. L’amélioration d’un indicateur, le WUE, dégrade souvent l’autre, le PUE.

L’opposition du public s’est durcie autour des questions de l’eau et du foncier. En avril 2026, environ 69 États et municipalités des États-Unis avaient mis en place des moratoires visant les centres de données. Un sondage Gallup de mars 2026 indiquait qu’environ sept Américains sur dix étaient opposés à l’implantation de centres de données dans leur secteur, dont 48 % y étaient fortement opposés (Gallup, 2026). L’impact financier est visible : Data Center Watch a recensé 64 milliards de dollars de projets américains bloqués ou retardés entre 2023 et le début de 2025, puis un montant estimé à 98 milliards de dollars pour le seul deuxième trimestre 2025 (Data Center Watch, 2025). Lorsque les autorisations relatives à l’eau constituent le point de blocage, le système de refroidissement qui consomme le moins d’eau peut déterminer le choix du site, même au prix d’une consommation d’électricité supérieure.

Troisième ressource : la chaleur

L’électricité et l’eau sont des contraintes à gérer. La chaleur est la ressource que le secteur commence seulement à considérer comme un actif, et le contraste entre l’Europe et les États-Unis est marqué.

Dans l’Union européenne, la réutilisation devient obligatoire plutôt que facultative. La directive sur l’efficacité énergétique impose aux centres de données dont la puissance informatique est supérieure à 1 MW d’utiliser la chaleur fatale ou une autre solution de récupération, sauf si cela est techniquement ou économiquement irréalisable. La loi allemande sur l’efficacité énergétique va plus loin en fixant des objectifs chiffrés : un PUE inférieur ou égal à 1,5 d’ici le milieu de 2027 et à 1,3 d’ici 2030 pour les sites existants, un PUE de 1,2 pour les sites mis en service à partir de juillet 2026, et un facteur de réutilisation de l’énergie passant de 10 % en 2026 à 20 % d’ici 2028 (synthèse de White & Case sur la loi allemande EnEfG, 2024). Ces objectifs sont en cours d’évolution. Un projet de modification publié en avril 2026 propose d’assouplir les plafonds de PUE après que l’Allemagne n’a pas respecté une échéance de transposition européenne (Orrick, 2026). La tendance reste néanmoins inchangée : en Europe, la chaleur d’un site a désormais un acheteur, et le système de refroidissement est conçu pour la fournir à une température utile.

Aux États-Unis, cette même chaleur est en grande partie rejetée. Le développement de la production au gaz en aval du compteur vise à sécuriser l’approvisionnement électrique, et non à permettre la réutilisation de la chaleur, tandis que les réseaux de chaleur susceptibles de l’absorber restent peu répandus. Le cabinet de conseil Cundall estime que la loi allemande fait de la récupération de chaleur fatale une priorité nationale et modifie la manière dont les systèmes sont spécifiés, en citant des projets tels que le programme FRANKY à Francfort (Cundall, 2026). Une obligation de réutiliser la chaleur favorise les architectures basées sur des pompes à chaleur et les élévations importantes de température, domaines dans lesquels les systèmes à fluides frigorigènes naturels présentent leur avantage le plus net.

De la ressource au fluide frigorigène

En combinant les trois ressources, une cartographie approximative des décisions apparaît, et elle s’étend jusqu’au fluide frigorigène.

Lorsque l’électricité est la contrainte et que le climat est frais, la conception maximise le free cooling et réduit au minimum les heures de fonctionnement des compresseurs. Les groupes d’eau glacée à fluides frigorigènes naturels rivalisent ici sur le plan de l’efficacité. Zudek indique qu’un groupe d’eau glacée à l’ammoniac (R717) remplaçant une unité au R407C a fonctionné 2 131 heures par an en free cooling, contre 195 pour l’ancienne machine, réduit la consommation d’énergie de 43 % et permis d’économiser 185 752 euros par an (ATMOsphere, 2025). À Hambourg, Secon a fourni à Penta Infra six groupes d’eau glacée à air au propane (R290), capables de fonctionner en free cooling pendant jusqu’à 80 % des heures annuelles, avec un EER de 4,15 et un objectif de PUE de 1,2 (ATMOsphere, 2025).

Lorsque l’eau constitue la contrainte, la conception accepte une consommation électrique plus élevée afin d’éviter les pertes par évaporation, et l’immersion entre en jeu. BAC indique qu’une installation d’immersion monophasée sur le site Skybox Houston One fonctionne en free cooling toute l’année, même à Houston, avec une efficacité totale d’utilisation proche de 1,15, contre environ 1,60 pour un groupe d’eau glacée à air équipé d’unités CRAH, et une consommation d’énergie de refroidissement inférieure d’environ 80 % (BAC, via ATMOsphere). Le TUE n’est pas lui-même un indicateur élaboré par un fournisseur : il a été défini dans un article évalué par les pairs en 2013, appliqué à l’Oak Ridge National Laboratory, et est indépendant de tout fournisseur (Energy Efficient HPC Working Group ; voir Uptime Institute sur l’adoption des indicateurs, 2025).

Lorsque la réutilisation de la chaleur constitue le principal facteur de valeur, le système devient une pompe à chaleur. L’installation de Fenagy à Kajaani, en Finlande, utilise des pompes à chaleur à l’isobutane (R600a) et au propane (R290) pour convertir 13,5 MW de charge informatique en environ 18 MW de chaleur destinée à un réseau urbain desservant quelque 3 500 foyers, avec des COP de chauffage compris entre 4,2 et 5,0. Elle a remporté un appel d’offres ouvert face à des solutions HFC et HFO sur la base du prix, du COP et de la conception technique (Fenagy, via ATMOsphere). Il s’agit d’un fluide frigorigène choisi en fonction de la ressource thermique, et non de la charge thermique.

La réglementation resserre encore davantage l’éventail des choix. À compter du 1er janvier 2027, les règles de l’UE interdisent les groupes d’eau glacée fixes de plus de 12 kW contenant des F-gases dont le GWP est supérieur ou égal à 750, sauf lorsque des exigences de sécurité imposent une exception (Commission européenne). Pour de nombreux sites de l’UE, cela élimine une grande partie du catalogue de fluides synthétiques pour les nouvelles constructions et oriente le choix vers le R717, le R290, le R744 ou d’autres solutions à faible GWP.

Pourquoi les fluides naturels ne s’imposent pas toujours

La cartographie des ressources n’aboutit pas toujours à un fluide frigorigène naturel. Une installation au propane de plusieurs mégawatts sur le toit d’un bâtiment urbain représente une charge calorifique que certains exploitants ne sont pas disposés à accepter. Enrico Boscaro, de Carel, qui préside le groupe de travail d’Eurovent sur le refroidissement informatique, a précisément signalé cette préoccupation et s’attend à ce que de nombreux nouveaux acteurs américains choisissent par défaut le R32 (Carel ; Eurovent). Les enquêtes menées par Vertiv auprès des exploitants montrent que la disponibilité de l’eau se classe bien après l’électricité parmi les préoccupations déclarées concernant l’implantation, ce qui remet en question l’hypothèse selon laquelle la rareté de l’eau déterminera partout la conception (Vertiv, cité dans AWWA). Stulz privilégie une voie reposant sur les fluides synthétiques A2L et à faible GWP, avec des fluides frigorigènes tels que le R454C et le R1234ze, plutôt que de s’engager en faveur des fluides naturels. Danfoss présente quant à lui la réduction progressive des F-gases comme une question de portefeuille englobant les deux catégories (Stulz ; Danfoss). Une approche honnête considère le fluide frigorigène naturel comme une réponse fréquente lorsque l’électricité, l’eau ou la réutilisation de la chaleur est déterminante, et non comme une conclusion acquise d’avance.

La suite

Cette analyse cartographie cette logique depuis l’extérieur, à partir de données publiques et de projets rendus publics. Le deuxième article de cette série confrontera ce cadre à la pratique : la manière dont les exploitants et les concepteurs évaluent réellement l’électricité, l’eau et la réutilisation de la chaleur lorsqu’ils spécifient un système, les situations dans lesquelles cette logique fondée en priorité sur les ressources se vérifie, et celles dans lesquelles elle se heurte aux codes, aux assurances, aux critères d’achat et à la méconnaissance des fluides frigorigènes naturels. L’objectif est de passer de ce que suggèrent les données à ce que les personnes qui prennent ces décisions observent sur le terrain.

Nous invitons les acteurs du secteur à apporter publiquement leur contribution. Nous souhaitons tout particulièrement recueillir le point de vue des exploitants de centres de données et des fournisseurs de colocation, des cabinets de conception et d’ingénierie, des analystes et instituts neutres travaillant sur l’efficacité et les indicateurs de ressources, des fabricants de fluides frigorigènes et d’équipements des filières naturelles comme synthétiques, ainsi que des autorités de réglementation et des associations qui façonnent les obligations.

Pour donner une idée du format, notre récente analyse de marché Au-delà du froid : comment les systèmes au CO2 deviennent le pôle énergétique du commerce alimentaire moderne s’est appuyée sur dix exploitants, fabricants et spécialistes indépendants en Europe et en Amérique du Nord, chacun étant cité publiquement avec ses propres données. 

Pour participer, écrivez à l’équipe éditoriale à l’adresse info@refindustry.com ou contactez directement le rédacteur en chef, Sergei Mukminov, sur LinkedIn.

Sources

Sources primaires

Sources secondaires

Market Research Data Centres Industrial Refrigeration Refrigerants
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