Traitement et fourniture d'eau d'appoint de haute qualité pour les centres de données

• 1. Consommation d'eau dans les centres de données
• 2. Pollution des eaux utilisées dans les centres de données
• 3. Traitement de l'eau d'alimentation des systèmes de refroidissement
• 4. Conclusion

1. Consommation d'eau dans les centres de données

Les centres de données abritent une multitude de serveurs et d'unités de contrôle, qui occupent de vastes surfaces bâties où il faut une grande quantité d'eau purifiée pour les refroidir et les maintenir dans de bonnes conditions de fonctionnement.

Les centres de données ont une consommation d'eau très élevée, notamment pour le refroidissement. En moyenne, ils consomment environ 2 000^m³ d'eau par jour. Cela équivaut à la quantité d'eau nécessaire pour approvisionner une ville d'environ 10 000 habitants.

2. Pollution des eaux utilisées dans les centres de données

La principale source de pollution provient des purges des systèmes de refroidissement. La technologie la plus couramment utilisée est celle des tours de refroidissement (circuits semi-fermés).

Dans les tours de refroidissement, des pertes d'eau sont générées par l'évaporation et les entraînements (environ 2 % du débit circulant) ainsi que par les purges (environ 3 à 5 %). Ces pertes d'eau contiennent des sels concentrés, des métaux et des produits chimiques.

Une bonne gestion de l'eau permet de minimiser la consommation d'eau et de réduire l'impact environnemental de ces installations.

L'eau d'alimentation du système peut provenir du réseau municipal, de puits ou d'eau recyclée. Avant son utilisation, il est nécessaire de connaître ses caractéristiques physico-chimiques afin de déterminer le traitement approprié.

La pollution est due à l'apport de matières en suspension, de matières organiques et de micro-organismes présents dans l'air utilisé dans la tour, ainsi qu'à l'augmentation de la salinité, de la dureté et de la teneur en métaux résultant de la concentration due à l'évaporation de l'eau.

Dans le cas des circuits fermés, des problèmes de corrosion peuvent survenir et entraîner des fuites ; il est donc nécessaire d'ajouter des inhibiteurs de corrosion et d'utiliser des filtres de polissage.

Le tableau suivant présente les analyses moyennes des eaux que nous avons prélevées dans les circuits de refroidissement semi-fermés utilisés pour ces installations :

Paramètre	Unité	Apport en eau	Eau de refroidissement (purge)	Eau traitée dans une tour de refroidissement	Eau traitée en circuit fermé
Dureté	mg/l deCaCO₃	150 – 500	450 – 2 000	50	5
Conductivité	µS/cm	500-1 500	1 500-5 000	200-800	100
Fer	mg/l	0,3	0,5 – 5	0,1	0,05
Turbidité	NTU	5	10	1	0,5
Pollution biologique		Variable	Haut	Très faible	Très faible

3. Traitement de l'eau d'alimentation des systèmes de refroidissement

Les eaux de surface contiennent des matières en suspension et des matières organiques dont la concentration varie en fonction de leur provenance. C'est pourquoi il convient de les analyser et de réaliser une analyse complète afin d'identifier ces polluants et de déterminer leur concentration.

Le traitement conventionnel comprend :

• Séparation des solides grossiers (tamisage)
• Ajout de réactifs de réglage du pH (acide, soude), si nécessaire
• Ajout d'agents coagulants et floculants pour la séparation des colloïdes et des matières en suspension de petite taille
• Clarification par flottation à l'air dissous (DAF)
• Filtration par lits filtrants (filtres doubles ou à plusieurs étages)
• Membranes filtrantes (µF/UF)

Cette gamme de soins s'applique à deux types de courant :

1. L'eau d'appoint prélevée pour compenser les purges et l'évaporation du circuit de refroidissement semi-fermé.
2. L'eau recyclée provenant des tours de refroidissement, une fois refroidie.           

Lorsque la salinité est élevée, on recourt à des traitements de raffinage à l'aide de membranes d'osmose inverse ou de résines d'échange d'ions.

Schéma fonctionnel du traitement de l'eau d'alimentation des centres de données

4. Conclusion

La forte consommation d'eau d'appoint nécessaire pour alimenter les circuits de refroidissement des centres de données rend indispensable la mise en place de systèmes adaptés permettant de recycler et de réutiliser autant que possible cette ressource. Cette stratégie constitue une solution essentielle pour garantir l'efficacité, la fiabilité et la durabilité des systèmes de refroidissement de ces installations.

C'est dans les systèmes de refroidissement destinés à dissiper la chaleur générée par les serveurs et autres équipements informatiques que la demande en eau est la plus importante ; ces équipements dégagent en effet des quantités importantes d'énergie thermique et doivent fonctionner dans des plages de température très strictes pour garantir leur bon fonctionnement.

Les systèmes de refroidissement utilisés dans les centres de données sont essentiellement à circuit fermé ou à circuit ouvert. Dans les installations à circuit fermé, on utilise généralement des inhibiteurs de corrosion et des systèmes de filtration de polissage pour maintenir la qualité du fluide de refroidissement. En revanche, dans les installations utilisant des circuits ouverts avec des tours de refroidissement — les plus courantes —, la qualité de l'eau a une influence directe sur la formation de dépôts, la corrosion des équipements, le développement microbiologique et la consommation globale d'eau ; il est donc nécessaire de mettre en place un traitement spécifique.

En tant que solution générale, une chaîne de traitement composée d’une flottation à air dissous (DAF), suivie d’une étape de microfiltration ou d’ultrafiltration et d’un traitement de finition adapté à la qualité requise, s’avère particulièrement appropriée. Le système DAF permet d'éliminer les solides en suspension, les huiles, les graisses et les matières organiques ; la filtration par membranes réduit considérablement la turbidité, les colloïdes et les micro-organismes ; tandis que le traitement de finition — qui peut inclure l'adoucissement, la déminéralisation partielle, l'ajustement chimique et la désinfection — garantit les conditions nécessaires au fonctionnement sûr et efficace des tours de refroidissement.

Cette combinaison de technologies permet d'augmenter les cycles de concentration, de réduire les purges, de minimiser la consommation de produits chimiques et de prolonger la durée de vie des échangeurs, des canalisations et des équipements de refroidissement. Elle facilite également l'utilisation d'eaux régénérées ou de qualité variable, contribuant ainsi à réduire la consommation d'eau potable et à améliorer la durabilité environnementale des centres de données.

Par conséquent, l'intégration des processus DAF, de la filtration sur membrane et du traitement de finition constitue une solution robuste, flexible et techniquement éprouvée pour le traitement de l'eau d'alimentation dans les centres de données de moyenne et grande capacité qui utilisent des systèmes de refroidissement par tours de refroidissement.

Bibliographie et consultations

IA et eau : quel est l'impact écologique des centres de données ?

Centres de données | Grundfos