En fournissant l’infrastructure de stockage, de traitement et de diffusion des données, les data centers deviennent une source croissante de demande d’énergie. Alors qu’ils ont consommé environ 300 TWh d’électricité en 2022 (soit 1,1% du total), la diffusion à grande échelle de l’intelligence artificielle devrait multiplier ce chiffre par trois d’ici 2030 pour s’approcher des 900 TWh (soit une part estimée d’environ 3% du total). Face aux impératifs de décarbonation de l’économie et de sobriété énergétique, il apparaît aujourd’hui crucial pour les développeurs de donner la priorité à l’efficacité énergétique des data centers.

UNE CROISSANCE EXPONENTIELLE DE LA CONSOMMATION D’ÉLECTRICITÉ LIÉE À L’IA

En 2023, le monde comptait environ 8 000 data centers pour une puissance installée de l’ordre de 60 GW, dont 33% aux Etats-Unis, 16% en Europe et 10% en Chine. Sans surprise, les géants de la technologie américaine dominent le marché mondial avec des capacités existantes de 3,5 GW pour Alphabet , 3 GW pour Amazon , 2,5 GW pour Meta, ou bien encore 2,2 GW pour Microsoft . Si la consommation d’électricité des data centers paraît encore modeste (1,1% du total en 2022), l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) prévoit une hausse exponentielle d’ici 2030 sous l’effet de la diffusion à grande échelle de l’intelligence artificielle, et en particulier l’IA générative. A titre d’illustration, une recherche Alphabet classique consomme 0,3 Wh d’électricité quand une requête sur ChatGPT consomme 3 Wh, soit 10x plus.

Alors que les gains d’efficacité énergétique ont abouti depuis une ou deux décennies à stabiliser la consommation d’électricité, notamment dans les pays développés, la croissance des data centers portée par l’IA ouvre des perspectives de développements supplémentaires pour les infrastructures électriques.

L’ENJEU CLÉ DE L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE DES DATA CENTERS

Aux Etats-Unis, 50 à 60 GW de nouvelles capacités de data centers devraient voir le jour dans les prochaines années, dans un marché caractérisé par un sous- investissement massif dans les infrastructures de génération et de transmission électrique pendant plusieurs décennies. Particulièrement criant en Amérique du Nord, le problème de retard dans le développement d’infrastructures par rapport à l’accélération de la demande d’électricité se retrouve dans la plupart des zones géographiques.

Pour pallier cette difficulté et minimiser l’impact environnemental des data centers, il est impératif d’améliorer significativement leur efficacité énergétique. Plusieurs solutions sont aujourd’hui déployées dans la chaine de valeur des développeurs de data centers :

• L’augmentation de la densité des racks afin d’accroître la puissance de traitement dans un espace équivalent. Alors qu’un serveur traditionnel génère 3 à 5 kW par rack, les dernières générations pour servir les applications d’intelligence artificielle génèrent environ 60 kW par rack grâce en particulier au recours à des puces GPU (Graphic Processing Unit) plutôt que CPU (Central Processing Unit), offrant une capacité de traitement de nombreuses opérations complexes en parallèle.

• L’amélioration des technologies de refroidissement des serveurs, ce processus représentant environ 40% de l’électricité consommée dans un data center aujourd’hui. A côté des technologies traditionnelles de refroidissement par air, les technologies de refroidissement liquide se développent à grande vitesse. Il en existe deux principales : le « direct to chip » utilisant une plaque froide directement en contact avec le serveur pour lui transmettre la température plus basse du liquide de refroidissement ; et le refroidissement liquide immersif consistant à immerger la carte mère dans un liquide diélectrique qui évacue la chaleur. D’après l’Agence Internationale de l’Energie, l’adoption à grande échelle de ces technologies pourrait réduire de 10% la demande d’électricité dans les data centers.

• Le recours aux énergies renouvelables pour augmenter la part d’électricité décarbonée pour l’alimentation des data centers. Sur ce sujet, les géants de la technologie américaine sont également en pointe avec la signature depuis quelques années de PPA à long terme avec des fournisseurs d’énergies leur garantissant un niveau minimum d’énergies renouvelables à un prix donné. Plus généralement, cette quête d’énergie décarbonée pousse à développer les futurs data centers dans de nouvelles localisations afin d’être au plus près des sources d’énergies renouvelables.

• Le recyclage de la chaleur générée par les serveurs dans les réseaux de chauffages pour alimenter d’autres bâtiments industriels à proximité, et la réutilisation de l’eau à plusieurs reprises en circuit fermé afin de limiter les ponctions sur les ressources naturelles.

LA RÉGULATION EN SOUTIEN

Face à cet enjeu croissant de la consommation d’énergie des data centers, des cadres réglementaires sont apparus dans la plupart des grandes zones économiques dans le monde : la directive Efficacité Energétique révisée en Europe (les opérateurs doivent depuis janvier 2024 déclarer la consommation d’énergie et les émissions de CO2 des data centers, et pour les plus importants d’entre eux recycler la chaleur) ; le « Energy Act of 2020 » aux Etats-Unis imposant le suivi et la transparence sur les consommations d’énergie et d’eau liées aux data centers ; et enfin en Chine où les développeurs de data centers devront avoir recours à 100% d’énergie renouvelable d’ici 2032.

Pleinement conscients de ces enjeux environnementaux, une soixantaine d’opérateurs de data centers en Europe ont d’ailleurs lancé le « Climate Neutral Data Centre Pact » les engageant à atteindre la neutralité carbone en 2030.

NOTRE EXPOSITION À LA CHAINE DE VALEUR DES DATA CENTERS

Le fonds ODDO BHF Green Planet est aujourd’hui investi dans plusieurs acteurs apportant des solutions technologiques visant à réduire l’impact environnemental des data centers :

• Quanta Services (Etats-Unis) et Prysmian (Italie) dans le développement des infrastructures de réseaux haute et moyenne tension ;

• Eaton (Etats-Unis) et Delta Electronics (Taiwan) sur les équipements électriques (générateurs, transformateurs, routeurs, stockage de mémoire) ;

• Johnson Controls (Etats-Unis) sur les systèmes de refroidissement ;

• Nextracker (Etats-Unis), First Solar (Etats-Unis) et Iberdrola (Espagne) sur la production d’énergies renouvelables.