Refroidissement data center : free cooling, CRAH, CRAC et confinement

Pour ventiler un data center, il n'existe pas de système unique : le choix dépend de la densité des baies, du climat local et de l'infrastructure existante. Les salles classiques s'appuient sur des armoires CRAC (à détente directe) ou CRAH (à eau glacée), associées à un confinement des allées chaudes ou froides. Le free cooling réduit le recours au froid mécanique quand l'air extérieur le permet, et le refroidissement liquide prend le relais lorsque la densité de puissance devient trop forte pour l'air.

Quels sont les systèmes de refroidissement d'un data center, du free cooling au refroidissement liquide ?

Un serveur transforme en chaleur la quasi-totalité de l'électricité qu'il consomme. Cette chaleur doit être évacuée en continu, sans quoi les composants se protègent en réduisant leurs performances, voire s'arrêtent. Tout système de refroidissement repose sur la même chaîne : capter la chaleur au plus près des équipements, la transporter, puis la rejeter à l'extérieur.

CRAC et CRAH : deux familles d'armoires de salle

L'armoire CRAC (Computer Room Air Conditioner) fonctionne comme un climatiseur : elle intègre un compresseur et un circuit de fluide frigorigène en détente directe. Elle convient aux salles de taille modeste ou aux sites sans réseau d'eau glacée.

L'armoire CRAH (Computer Room Air Handler) ne produit pas de froid elle-même. Elle souffle l'air de la salle à travers une batterie alimentée en eau glacée par des groupes de production centralisés. Dans les deux cas, ce sont les ventilateurs qui mettent l'air en mouvement : leur pilotage en vitesse variable pèse directement sur la consommation du site.

Free cooling, confinement et refroidissement liquide

Le free cooling exploite la fraîcheur de l'air extérieur. En mode direct, l'air extérieur filtré est introduit dans la salle ; en mode indirect, un échangeur sépare les deux flux et l'air de la salle ne se mélange jamais à l'extérieur. Le confinement consiste à cloisonner l'allée froide ou l'allée chaude pour empêcher le mélange des flux. Le refroidissement liquide, enfin, amène un fluide au contact des processeurs (plaques froides) ou immerge les serveurs dans un liquide diélectrique.

Rosenberg France, un acteur de la ventilation pour data centers

Rosenberg France est la filiale commerciale française du groupe allemand Rosenberg GmbH, fabricant de ventilateurs et de moteurs à rotor extérieur ; la société a été créée en 1983 sous le nom d'AIRPRO. Elle conseille, sélectionne et fournit des ventilateurs industriels standard ou sur mesure, à partir d'un stock situé à Ternay, près de Lyon, et présente ses solutions de ventilation pour data centers parmi ses applications. Les produits sont fabriqués dans les usines du groupe, notamment à Künzelsau en Allemagne et à Vendôme en France.

• Ventilateurs axiaux, centrifuges, moto-turbines (plug fan), ventilateurs de gaine et caissons de ventilation
• ECFanGrid, un fanwall à moteurs EC destiné à moderniser les centrales de traitement d'air
• Conseil technique, sélection, et audit d'installation proposé sur sa page dédiée aux data centers
• Logiciel de sélection en ligne Rovent, avec fiches techniques et fichiers 3D
• Un bureau d'études et un atelier de montage au service d'une clientèle professionnelle : bureaux d'études, installateurs, intégrateurs, maintenanciers

Comment choisir entre refroidissement par air, refroidissement liquide et free cooling ?

La première question à poser porte sur la densité de puissance par baie. Une salle informatique d'entreprise équipée de serveurs génériques reste généralement dans le domaine de l'air. Des baies chargées de calcul intensif ou de cartes graphiques dédiées à l'intelligence artificielle concentrent une chaleur que l'air peine à évacuer sans débits considérables.

Le refroidissement par air : maîtriser les flux avant d'ajouter de la puissance

Beaucoup de difficultés thermiques ne viennent pas d'un manque de puissance froide, mais d'une mauvaise circulation de l'air. Points chauds en haut de baie, air chaud recyclé par l'avant des serveurs, emplacements vides non obturés : ces défauts se corrigent souvent par des panneaux obturateurs, des passages de câbles étanches et un confinement d'allée.

Le refroidissement en rangée (in-row), qui place les unités entre les baies, raccourcit le trajet de l'air. Les échangeurs en porte arrière, montés directement sur la baie, traitent la chaleur à la source. Dans toutes ces configurations, la régulation des ventilateurs selon la pression différentielle ou la température d'entrée des serveurs évite de souffler plus d'air que nécessaire.

Le refroidissement liquide : une réponse aux fortes densités

Le liquide transporte la chaleur bien plus efficacement que l'air à volume égal. Le refroidissement direct sur puce fait circuler un fluide dans des plaques froides fixées sur les processeurs ; l'immersion plonge les serveurs entiers dans un bain diélectrique. Ces solutions demandent des serveurs compatibles, une distribution hydraulique dans la salle et des compétences d'exploitation spécifiques.

Elles ne suppriment pas l'air pour autant. Les composants non couverts par les plaques froides (alimentations, mémoire, disques selon les configurations) dégagent encore de la chaleur, et une ventilation de salle reste nécessaire dans la plupart des installations hybrides.

Le free cooling : une question de climat et de températures de consigne

Le potentiel du free cooling dépend du nombre d'heures dans l'année où l'air extérieur est assez frais, et de la température à laquelle l'exploitant accepte de faire fonctionner ses serveurs. Relever les consignes dans les limites recommandées par les constructeurs et par les lignes directrices de l'ASHRAE allonge mécaniquement ces périodes. En mode direct, la qualité de l'air (poussières, pollution, humidité) impose une filtration soignée ; le mode indirect s'affranchit de cette contrainte au prix d'un échangeur.

Quelles technologies de refroidissement comparer : liquide, confinement ou free cooling ?

Les grands équipementiers, à l'image de Schneider Electric, groupe industriel spécialisé dans la gestion de l'énergie et les automatismes, présentent ces technologies comme complémentaires plutôt que concurrentes. Un même site combine souvent confinement, free cooling indirect et quelques baies refroidies par liquide.

Pour un site existant, l'ordre des opérations compte. Corriger la circulation de l'air et installer un confinement passe généralement avant tout remplacement d'équipement, car ces mesures conditionnent l'efficacité de tout le reste. Viennent ensuite la modernisation des ventilateurs vers des moteurs à vitesse variable, puis l'étude du free cooling et, si la densité l'exige, du refroidissement liquide sur une partie des baies.

Côté ventilation, les bureaux d'études et installateurs peuvent s'appuyer sur des fournisseurs spécialisés comme Rosenberg France, filiale commerciale du groupe Rosenberg basée à Ternay, qui propose conseil, sélection de ventilateurs et audit d'installation pour les data centers.

Questions fréquentes

Quelle différence entre une armoire CRAC et une armoire CRAH ?

La CRAC produit son propre froid grâce à un compresseur et un fluide frigorigène. La CRAH se contente de souffler l'air à travers une batterie alimentée en eau glacée par une production centralisée.

Faut-il confiner l'allée chaude ou l'allée froide ?

Les deux options fonctionnent. Le confinement d'allée froide s'installe souvent plus facilement dans une salle existante ; le confinement d'allée chaude laisse le reste de la salle à température modérée. Le choix dépend de l'architecture de la salle et des contraintes de sécurité incendie.

Le free cooling fonctionne-t-il toute l'année en France ?

Cela dépend de la région, des températures de consigne retenues et du type de free cooling. Un appoint de froid mécanique reste en règle générale nécessaire pour les périodes les plus chaudes.

Le refroidissement liquide remplace-t-il la ventilation ?

Rarement en totalité. Dans les installations hybrides, une partie de la chaleur reste évacuée par l'air, ce qui maintient un besoin de ventilation de salle.

Les ventilateurs ont-ils un impact sur la consommation d'un data center ?

Oui. Les ventilateurs tournent en permanence ; leur technologie de moteur et leur régulation en vitesse variable influencent directement l'énergie consacrée au refroidissement.