Rénover les datacenters pour améliorer leur efficacité énergétique et leur empreinte carbone

Améliorer l’efficacité des DataCenters ©ABB

La transformation numérique et la digitalisation de notre société se sont accélérées pour toutes les activités professionnelles et personnelles, et avec elles le développement de nouveaux centres de traitement des données toujours plus consommateurs d’énergie. Ces nouveaux datacenters, petits et grands, sont conçus pour être de plus en plus économes, mais il existe des milliers de sites anciens souvent très énergivores dont la rénovation peut améliorer fortement les performances énergétiques, mais aussi la résilience, la sécurité et l’adaptabilité. Des solutions techniques existent et permettent des retours sur investissement rapides.

La transformation numérique s’est accélérée ces dernières années dans les domaines de l’industrie, de la santé ou des loisirs, et la crise du Covid-19 ne devrait pas la freiner. Pour les centres de données qui voient le jour, les exploitants sont très attentifs au rendement des équipements de refroidissement, d’alimentation électrique sécurisée, de sécurité et bien entendu de celui de tous les équipements informatiques, car les factures d’électricité peuvent représenter plus de 50 % des coûts d’exploitation. Mais de très nombreux datacenters ont été construits à partir du début des années 2000 et avec plus de 10 ans d’âge affichent des performances énergétiques très loin des standards actuels. Rénover les datacenters est donc un enjeu majeur pour améliorer la performance énergétique de l’IT.

Salle de baies en confinement allée chaude/allée froide pour améliorer l’efficacité du refroidissement. ©Vertiv

Car comme le note Didier Payelleville, responsable segment Datacenter d’ABB, « si les nouveaux DataCenters sont de plus en plus efficaces, on peut se poser la question pour les “anciens” DataCenters dont la majorité existe depuis plus de 5 ans, voire 10 ans ! Sans porter de jugement sur la manière de calculer le PUE, il en est de ne regarder que la moyenne du PUE qui est annoncée en Europe à 1,59 (source : Uptime Institute). Cela veut bien dire que si les nouveaux DataCenters sont sous la barre des 1,3-1,4, les anciens sont plutôt aux alentours de 2,2-2,5 ».

Mais l’investissement qu’ils représentent et leur implantation incitent à rénover ces sites plutôt qu’à construire de nouveaux bâtiments, car des solutions techniques existent pour rendre ces centres plus simples, plus efficaces, plus faciles à gérer et plus rentables à exploiter. Tout en répondant à ceux qui s’interrogent sur la transition écologique dans le domaine du numérique et pointent du doigt des datacenters toujours plus gourmands en énergie.

Quelle démarche pour préparer la modernisation d’un datacenter ?
Plusieurs pistes existent pour donner un nouveau souffle à un site ancien, mais comme l’explique Séverine Hanauer, Data Center & Telecom Sales Director-Consulting & Solutions Director de Vertiv France, « avant d’adopter une stratégie écoresponsable quant aux équipements mis en œuvre dans les datacenters (DCIM, onduleurs, système de refroidissement…), plusieurs points sont à prendre en compte. Le premier consiste à analyser l’infrastructure du bâtiment existant : son architecture, s’il s’agit d’un bâtiment ancien ou plus récent… Selon la période de construction d’un bâtiment, les contraintes physiques et techniques vont différer, car les matériaux utilisés et l’architecture intérieure impacteront différemment la capacité de réhabilitation et le gain obtenu en efficacité énergétique. Par exemple, l’agencement des locaux peut empêcher une extension de puissance électrique ou l’installation d’équipements de refroidissement en toiture. Un autre point important à prendre en compte est l’environnement du site. Il y a les évolutions climatiques, mais aussi les changements de réglementation (au niveau mondial, européen ou français) qui encadrent et donc limitent la façon dont on peut réaménager un site. Tous ces éléments vont impacter, contraindre le champ d’action et d’innovation lors de la rénovation d’un site.

Tout en tenant compte des contraintes évoquées précédemment, les entreprises cherchent aujourd’hui à rationaliser les installations et à proposer aux clients des solutions plus simples à mettre en place et à exploiter, par exemple dans les architectures électriques des datacenters.
Plus les solutions sont simples, plus elles peuvent être facilement standardisées et dupliquées sur différents sites ».

Adopter de nouvelles solutions de refroidissement
Le refroidissement-climatisation reste un élément clé de la performance énergétique d’un datacenter et de son coût de fonctionnement en représentant souvent plus de 50 % de sa dépense d’énergie. En quelques années, les solutions de refroidissement ont énormément évolué avec le développement du free cooling et ses différentes solutions comme la production d’eau glacée par free cooling adiabatique ou d’échangeur de chaleur air/air avec refroidissement par évaporation, le refroidissement liquide ou la climatisation des baies InRow.

Refroidissement en free cooling sur le toit d’un datacenter. ©Interxion

Une solution inter-baie adoptée par un opérateur français de Télécom, comme l’explique Luc Alsène, responsable Business Development d’Efirack-Rittal : «  Pour l’aménagement de 5 salles informatiques dans un délai restreint, en tenant compte de la montée en puissance progressive des salles, nous avons commencé par analyser les besoins et contraintes du site et comparé les solutions de système de climatisation d’ambiance ou de climatisation inter-baie. Cette dernière solution a été retenue avec l’installation de 41 climatiseurs inter-baie Rittal à eau glacée, car elle répondait aux trois objectifs prioritaires du client : fiabiliser le refroidissement, homogénéiser et monter en densité. Cette installation s’est faite en allée froide/allée chaude, ce qui a permis de diminuer de 37 % la consommation d’énergie ».

Car comme le rappelle François Salomon, responsable du développement Offre Froid/Climatisation France de Schneider Electric, « il est essentiel d’urbaniser la salle informatique en structurant les rangées de racks en allée froide et allée chaude confinées. En séparant ainsi les flux d’air chaud et d’air froid, il est possible de gagner 7 à 8 °C sur la température d’exploitation des locaux et donc de faire des économies substantielles. Or, en France, les datacenters ayant été conçus sans urbanisation ni confinement thermique sont légion ».

Relever la température des salles pour réaliser des gains importants

Refroidissement d’un datacenter Interxion (Marseille) par eau froide d’une rivière souterraine. ©Interxion

Pour Nicolas Miceli, responsable du pôle Performance énergétique et innovation d’APL, « longtemps, la température communément admise par les exploitants de salles informatiques était de l’ordre de 22 °C en ambiance, engendrant des températures de 15 à 16 °C au soufflage des armoires de climatisation. Ce qui nécessitait une puissance électrique importante pour le refroidissement et générait par conséquent de lourdes dépenses énergétiques. Toutefois, la température des datacenters peut désormais être relevée sans compromettre la continuité de service IT. En effet, depuis 2015, l’ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) recommande des plages de température en entrée de serveur de 18 à 27 °C, avec une hygrométrie comprise entre 8 et 60 %. Pour la majorité des matériels récents, les préconisations de température s’étendent même de 15 à 32 °C, pour une hygrométrie comprise entre 8 et 80 %. La hausse de température en entrée de serveur rend également l’usage du free cooling ou du free chilling bien plus intéressant, notamment dans des régions tempérées. Plus simple à mettre en place, le free chilling est généralement davantage adapté aux projets de rénovation de datacenters, et bénéficie d’un retour sur investissement particulièrement rapide ».

Visualisation des paramètres techniques d’une salle. ©Schneider Electric

Une augmentation de la température des groupes froids qui va se traduire par une diminution d’environ 30 % des coûts d’investissement avec la réduction de la taille des refroidisseurs à capacité frigorifique égale.

Mais remonter la température globale du datacenter nécessite de bien connaître les spécificités des équipements de climatisation et des matériels IT hébergés dans les salles et en particulier, de maîtriser l’ensemble des flux d’air y circulant avec un nécessaire monitoring des températures à l’entrée et à la sortie des baies, ainsi que l’hygrométrie des salles.

Avoir un bon outil DCIM pour optimiser la gestion du datacenter
Une minorité de datacenters est encore équipée d’une solution DCIM (DataCenter Infrastructure Management) performante, sans doute moins de 40 % selon différentes études récentes. Or, ces outils DCIM jouent un rôle important dans la gestion de leurs opérations : gestion des capacités et optimisation des réseaux et de l’informatique, gestion des consommations énergétiques et du refroidissement, détection des dysfonctionnements et pannes avec différenciation entre défauts mineurs et majeurs.

Une solurtion DCIM permet de suivre tous les paramètres d’un datacenter. ©Schneider Electric

« Et pour avoir une vision globale de l’optimisation d’un ou plusieurs sites, l’usage d’un outil DCIM comme notre plateforme Trellis permet de modéliser différentes solutions, en prenant en compte tous les éléments qui composent un datacenter, du bâtiment aux équipements dans les baies informatiques, en passant par les équipements d’infrastructures techniques », explique Séverine Hanauer.

Une plateforme DCIM permet de gérer plusieurs salles informatiques d’une entreprise. Emmanuel Auvray, directeur commercial d’Efirack-Rittal, donne l’exemple d’un client qui gère des applications informatiques pour les notaires de France pour des serveurs installés dans des baies Efirack qui se trouvent déportés. « Nous avons installé le logiciel DCIM Power IQTM. Cela permet de contrôler l’alimentation des baies à partir de PDU manageables, d’identifier les surcharges et capacités disponibles, gérer l’ensemble du parc, manager les baies à distance (permettre de redémarrer des équipements à distance et verrouiller l’utilisation de prises non utilisées) et de faire des reportings sur l’état des consommations des serveurs. »


Rénover les datacenters : comment atteindre l’excellence énergétique

Linda Lescuyer

Linda Lescuyer, directrice Energie chez Interxion France

Alors qu’une grande majorité des datacenters des entreprises françaises présente un PUE voisin de 2, quelques bonnes pratiques permettent d’améliorer significativement cette performance, avec de solides gains financiers à la clé.

Le baromètre 2020 de l’Alliance Green IT a montré que la performance énergétique des datacenters français, leur PUE (Power Usage Effectiveness*), est généralement comprise entre 1,6 et 2,1, une contre-performance, car un datacenter ne peut pas être considéré comme efficient lorsque son PUE est supérieur à 1,6.

Quelques bonnes pratiques permettent d’améliorer significativement ce PUE et la première d’entre elles est de soigneusement séparer les flux d’air chaud et d’air froid autour des serveurs. Confiner ainsi les serveurs permet de réaliser l’apport de froid au plus près et au plus juste par rapport au besoin de refroidissement réel des équipements IT, et ainsi de limiter le volume d’air froid à produire. Il s’agit d’un prérequis avant de songer à aller plus loin. Dès lors, il est nécessaire de mettre en place un réseau de capteurs de température et d’hygrométrie en façade des serveurs afin de pouvoir piloter ce refroidissement en temps réel. Disposer d’une régulation fine et en temps réel permet notamment d’augmenter la température de fonctionnement des serveurs jusqu’à 27 °C en toute sécurité, et ce, tout en respectant les recommandations et conditions définies par l’ASHRAE** (plage de température de 18 °C à 27 °C). Il s’agit également d’envisager le « Free Cooling ». La production de froid est en effet le troisième poste d’amélioration majeur à suivre pour réduire la facture énergétique. La température de la boucle d’eau doit être la plus élevée possible, idéalement aux alentours de 20 ° C, afin de maximiser la durée du free cooling (jusqu’à 70 % du temps). De plus, les énergies renouvelables sont à privilégier au maximum pour la production de cette eau glacée, notamment avec le recours à l’air ambiant, ou encore à l’exploitation de sources d’eau froide naturelles, comme nous allons le faire pour nos datacenters situés sur le Grand Port Maritime de Marseille.

Ces leviers constituent des « basiques » en termes de bonnes pratiques, mais la recherche de l’efficience énergétique doit aller bien plus loin : schéma électrique, distribution interne en moyenne tension, distribution aval en Hexaload, type de rendement des équipements électriques, conception modulaire…

Sur nos datacenters existants, l’application de ces pratiques nous a permis d’améliorer le PUE de 40 % en 6 ans. Des savoir-faire qui restent l’affaire de spécialistes et exigent des compétences en ingénierie extrêmement pointues. L’amélioration du PUE est donc synonyme d’une empreinte environnementale réduite, mais également d’un impact très direct sur la facture énergétique des datacenters.

* PUE – Power Usage Effectiveness – EU Code of conduct : indicateur d’efficacité énergétique pour les datacenters.
** American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers.

Onduleur triphasé Galaxy VX 1500 kW de Schneider Electric. ©Schneider Electric

L’intelligence artificielle (IA) pour optimiser le fonctionnement de l’IT
Une meilleure gestion des équipements techniques (refroidissement, alimentation…) ne doit pas faire oublier que les coûts énergétiques de l’IT sont les plus élevés dans les datacenters, et les outils traditionnels de DCIM/BMS fournissent souvent le monitoring des infrastructures critiques, mais pas de solutions d’automatisation de la couche IT.

Pour Damien Giroud, National Sales Director Secure Power France de Schneider Electric, « il faut pouvoir fournir une solution logicielle permettant de réduire de manière sécurisée la consommation de l’IT sans risque et sans perte d’exploitation. Pour cela, avec notre nouvelle brique DCIM AI d’EcoStruxure IT Advisor, nous utilisons l’IA pour dimensionner de manière dynamique l’environnement physique des serveurs en délivrant plus de visibilité et d’outils de mesure pertinents sur la consommation en temps réel de l’IT, tout en maintenant le niveau de service attendu. Le nouveau module IT.AI apprend les profils énergétiques des VM et optimise le hardware sur lequel elles tournent en permettant d’économiser jusqu’à 30 % de la consommation de l’IT, en pilotant la mise en veille des serveurs non utilisés au bon moment. DCIM AI met également à disposition un tableau de bord intuitif et des rapports de consommation d’énergie ».

Remplacer des onduleurs anciens
En fonctionnement permanent et devant assurer la sécurité d’alimentation de toute l’infrastructure IT, les onduleurs sont un élément clé de l’installation électrique. Les constructeurs ont travaillé gamme après gamme à l’augmentation de leur rendement. Mais en moins de 10 ans, grâce à de nouveaux schémas, de nouveaux composants ou à la suppression des transformateurs entrée/sortie, leur rendement est passé de 92-94 % à 96-97 %, ce qui revient à diviser les pertes par plus de 2. Le remplacement d’une machine ancienne peut se révéler très intéressant pour plusieurs raisons.

Contrôle des équipements électriques HT et BT d’un datacenter ©ABB

Ainsi, explique Didier Payelleville, « il faut avoir une approche avec des solutions faciles à faire évoluer quand on sait que le DataCenter aura durant sa vie des niveaux de charges fluctuants : les onduleurs modulaires permettent d’ajouter à chaud de nouveaux modules (pay as you grow) pour des puissances de 60 kVA à 9 MVA. Il est ensuite important que les onduleurs aient un rendement élevé avec des systèmes optimisés pour le fonctionnement à faible charge (Xtra VFI d’ABB) en linéarisant ce rendement entre 20 et 80 % de charge. Et une “architecture parallèle décentralisée” (DPA) initiée par ABB permet d’apporter une redondance totale et une tolérance de panne. Le système Xtra VFI permet également de soulager l’onduleur en by-passant chaque module de l’UPS quand le réseau est présent et de bonne qualité ».

Schneider Electric a opté pour ses nouvelles gammes Galaxy VS, VM et VX (10 à 1500 kW) pour un nouveau mode de fonctionnement ECOnversionTM destiné à réduire le coût énergétique des installations avec un rendement supérieur à 99 %. Pour Patrick Bois, Business Development Director MEA de Schneider Electric, « ce mode complémentaire à la double conversion est conforme à la norme IEC 62040-3 Class 1 et inclut une correction de facteur de puissance d’entrée, assure la charge des batteries et une dépollution harmonique en aval. Une dissipation thermique réduite, cela veut dire moins de climatisation et donc une économie supplémentaire pour des appareils qui peuvent fonctionner en permanence à 40 °C. Pour une installation de 1000 kW remplaçant des équipements ayant un rendement de 94 %, cela peut faire plus de 350 000 € d’économie sur 10 ans. Une bonne raison pour remplacer une installation ancienne en gagnant des mètres carrés. Le remplacement de batteries au plomb par des batteries Li-ion, moins encombrantes et à plus longue durée de vie, est aussi un avantage ».

Prévision de consommation électrique des datacenters 2020-2030. ©Gimelec

Rénover des équipements de sécurité
La rénovation des équipements de sécurité ne doit pas être oubliée pour Luc Alsène. « La sécurisation des baies ou salles avec des lecteurs de badge, serrures ou codes est importante et peut s’adapter à des baies existantes de toutes marques, y compris sur des baies en colocation. Cela peut aussi passer par l’installation de capteurs ou de sondes pour le contrôle de température ou le contrôle d’accès. »

Toutes ces opérations pour améliorer l’efficacité énergétique des datacenters anciens ont des objectifs économiques pour les exploitants et clients, mais la durabilité doit aussi être une priorité pour répondre de manière responsable aux besoins des entreprises sans compromettre notre avenir.

Jean-Paul Beaudet

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